UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE
INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL
“TRATAMIENTO TÉRMICO PARA ESTABILIZAR LA
CHICHA DE JORA”
TESIS
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO QUÍMICO
PRESENTADO POR:
CRISTIAN AYMA DE LA CRUZ
GLORIA ALICIA CACSIRE JANAMPA
LIMA – PERÚ
2012
ii
Dedicado a nuestros padres
José Cacsire y Alejandrina Janampa
Ciro Ayma y Aurelia De La Cruz
iii
Agradecemos a nuestro asesor Enrique Neira,
a nuestros profesores Warren Reategui y Janet Rojas,
a los amigos y familiares por el apoyo y orientación constante.
iv
RESUMEN
La chicha de jora es la bebida obtenida por fermentación de la materia
azucarada contenida en el mosto del maíz malteado (Vásquez, 1979.); además,
es una bebida oriunda del Perú, difundida sobre todo en la zona andina y el
norte del país. Presenta diversas variedades según la región pero su preparación
se basa principalmente en la fermentación de jora.
En la actualidad la elaboración de la chicha de jora sigue siendo artesanal, el
proceso de elaboración de manera general es: germinación de maíz (jora),
molienda, cocción, filtración, adición de azúcar y fermentación.
Las bacterias ácido lácticas en especial los Lactobacillus plantarum son
responsables en gran medida de la fermentación de la chicha de jora, Quillama
(1998); por tal motivo los productos que se obtienen principalmente son
lactatos, acetatos, etanol y dióxido de carbono.
Para detener la fermentación es necesario destruir estas bacterias, en esta
investigación se realiza mediante tratamientos térmicos, por lo cual es
necesario conocer lo siguiente: la cinética de destrucción microbiana de las
bacterias ácido lácticas en la chicha de jora, la correlación entre la constante de
muerte térmica con la temperatura y la termorresistencia de las bacterias ácido
lácticas en la chicha de jora.
Para tal fin se somete a la chicha de jora a diferentes perfiles térmicos (46, 48,
50, 52, 53, 55, 60, 65 y 70 ºC) y a cada una de ellas a diferentes tiempos de
exposición (0, 5, 10, 15 y 20 minutos), y a todas las muestras se realiza su
análisis microbiológico.
Se encontró que el tiempo de muerte térmica de las bacterias ácido lácticas en
la chicha de jora es de 15 minutos expuesto a 53ªC, además la chicha conserva
sus propiedades organolépticas a un nivel aceptable.
Por otro lado se realizan pruebas de penetración de calor para realizar el diseño
del proceso térmico en una autoclave con capacidad de 40 litros y usando como
medio de enfriamiento el agua, obteniéndose gráficos para determinar
condiciones mínimas de tratamiento asegurando la inactivación de las bacterias
ácido lácticas en la chicha de jora.
v
INDICE
Página
RESUMEN
4
INTRODUCCION
7
CAPITULO I.- ASPECTOS GENERALES
1.1 El Maíz
9
1.2 Chicha de jora
20
1.3 Caracterización de la chicha de jora
22
CAPITULO II.- MARCO TEORICO
2.1 Obtención de la jora
25
2.2 Transformaciones durante la cocción
30
2.3 Fermentación Láctica
32
2.4 Tratamiento térmico “Pasteurización”
34
2.5 Prueba de penetración de calor y diseño del proceso térmico con el
método de la fórmula de Ball
40
CAPITULO III.- DESARROLLO TECNOLOGICO
3.1 Proceso de elaboración
49
3.2 Diseño Experimental
52
3.2.1 Fermentación de la chicha de jora
53
3.2.2 Análisis del tratamiento térmico
55
3.2.3 Pruebas de penetración de calor y diseño de proceso térmico
56
3.3 Evaluación sensorial
57
CAPITULO IV.- RESULTADOS Y DISCUSIONES
4.1 Análisis de la fermentación de la chicha de jora
60
4.2 Tratamiento térmico
63
vi
4.2.1 Correlación de la kd vs temperatura
70
4.2.2 Correlación de la D vs temperatura y la constante de
la termorresistencia (Z)
4.3 Diseño del proceso térmico con el método de la fórmula de Ball
72
73
4.3.1 Calculo de los parámetros de respuesta a la temperatura (fh)
73
4.3.2 Calculo del factor de retraso (jh)
75
4.3.3 Calculo de los parámetros de respuesta a la temperatura (fc)
77
4.3.4 Calculo del factor (jc)
78
4.4 Análisis sensorial de la chicha de jora
78
4.4.1 Pruebas afectivas
79
4.4.2 Categorización cuantitativa relativa
81
4.5 Tiempo de anaquel
88
CAPITULO V.- COSTOS DE PROCESAMIENTO
89
CAPITULO VI.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
92
CAPITULO VII.- REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
94
APENDICE
Apéndice 1: Método de análisis microbiológico para evaluar las bacterias
ácido lácticas de la chicha de jora
Apéndice 2: Evaluación sensorial de la chicha de jora
95
98
Apéndice 3: Pruebas de comparación entre la temperatura real versus la
temperatura estimada para la chicha de jora
101
Apéndice 4: Control de tratamiento térmico mediante gráficos obtenidos
por simulación
106
7
INTRODUCCION
El crecimiento del sector turístico (Cuadro Nº I.1) y el interés gastronómico, ha
dado lugar a la creación de microempresas que elaboran chicha de jora, incluso
algunos han empezado a exportar, pero entre los principales problemas que
enfrentan con su producto es la inestabilidad, la garantía de inocuidad y
calidad.
Cuadro Nº I.1 Llegada trimestral de turistas internacionales 2008-2010
(Miles).
Trimestre
I Trimestre
II Trimestre
III Trimestre
IV Trimestre
Total
2008
531,1
493,9
558,8
473,8
2057,6
2009
532,2
493,4
553,1
561,3
2140,0
2010
553,9
529,9
612,7
602,8
2299,3
Fuente: MININTER-DIGEMIN.
El reconocimiento de la gastronomía típica peruana crece considerablemente,
prueba de ello es la feria anual Mistura que de 23 mil comensales en su primera
versión 2008 creció a 400 mil en el 2011, asimismo las empresas de turismo
receptivo vendieron paquetes turísticos solo para este evento a más de 4000
visitantes extranjeros amantes de la buena comida (Página web Mistura).
Según el informe presentado por Promperú “Perfil del Turista Extranjero
2009”, 12 % de los encuestados nombraron entre las razones por la que visitan
Perú es para probar la comida peruana; además en el informe se menciona que
el 97% de los turistas consideran la comida peruana de buena calidad y variada.
Por tal motivo la demanda de chicha de jora tiene expectativas para crecer;
pero en la actualidad existen pocas investigaciones realizadas con respecto a
este producto; entre los desafíos que tiene que superar son: la uniformidad del
producto, la preservación de sus propiedades sensoriales y la inocuidad.
La investigación está orientado a la estabilización de la chicha de jora mediante
tratamientos térmicos, estas operaciones buscan la reducción de la población de
microorganismos presentes, de forma que se prolongue el tiempo de vida de
anaquel del alimento; por lo tanto la chicha de jora es sometido a diferentes
perfiles térmicos y diferentes tiempos con el fin de obtener un producto inocuo
y sin alterar las propiedades características del producto.
8
Durante el proceso de fermentación participa activamente la microflora láctica
nativa como responsable de la fermentación, siendo Lactobacillus plantarum la
especie predominante en la chicha de jora, que durante la transformación
participa en la formación del sabor y aroma, confiriendo propiedades
organolépticas y reológicas deseables, entonces, será a las bacterias ácido
lácticas a quienes se atacará con el tratamiento térmico para estabilizar el
producto.
Objetivos
 Desarrollar tecnología para el procesamiento de la elaboración de
chicha de jora.
 Estabilizar la chicha de jora.
 Elaborar un modelo matemático para el cálculo de sometimiento de
tratamiento térmico y ecuaciones de penetración de calor.
 Aumentar la vida de anaquel.
 Obtener información del comportamiento de la fermentación de la
chicha de jora, usando la adición de diferentes contenidos de materia
prima (jora y granos adjuntos) como variable.
 Conocer el comportamiento de la fermentación, combinando el mosto
de chicha de jora con diferentes proporciones de chicha de jora ya
fermentada anteriormente.
 Inactivar la carga microbiana mediante tratamiento térmico usando
como variables la temperatura y el tiempo de exposición.
 Obtener los parámetros necesarios para el diseño de operación de
tratamientos térmicos como son: constante cinética de muerte térmica a
diferentes temperaturas, tiempo de reducción decimal, termorresistencia
de las bacterias ácido lácticas presentes en la chicha de jora y factor F
(tiempo de muerte térmica).
CAPITULO I.- ASPECTOS GENERALES
1.1 EL MAIZ
Existe controversia sobre cuando el hombre andino empieza a cultivar el
maíz. Duccio Bonavia (2008) es el principal difusor de la tesis según el
cual el maíz era ya cultivado en tiempos “precerámicos temprano”,
subrayando que era sembrado en la costa central y norte; pero de acuerdo a
la mayoría de los estudiosos, el maíz no habría sido cultivado durante la
etapa ya mencionada sino en sus postrimerías. Se trataba de una variedad
de escaso rendimiento, por lo mismo, desprovista de la trascendencia que
ocupó posteriormente, en el transcurso de la civilización andina, cuando se
convirtió en producto central de la alimentación.
En el antiguo Perú el maíz era consumido en las más diversas formas:
como granos secos pelados y sancochados (mote), grano tierno sancochado
en su mazorca (choclo), grano seco tostado (cancha) y grano precocido
deshidratado y molido (chochoca). Estas formas eran empleadas en la
elaboración de diversos platos. Asimismo, de maíz germinado (jora) y
fermentado se obtiene la chicha llamado por los incas “aqha”.
GENERALIDADES
El cultivo del maíz tuvo su origen, con toda probabilidad, en América
Central, especialmente en México, de donde se difundió hacia el norte
hasta Canadá y hacia el sur hasta Argentina. La evidencia más antigua de
la existencia de maíz, es de unos 7000 años de antigüedad, fue encontrada
por arqueólogos en el valle de Tehuacán (México) pero es posible que
hubiese otros centros secundarios de origen en América. Este cereal era un
artículo esencial en las civilizaciones maya y azteca y tuvo un importante
papel en sus creencias religiosas, festividades y nutrición; ambos pueblos
incluso afirmaban que la carne y la sangre estaban formadas por maíz. La
supervivencia de maíz más antiguo y su difusión se debió a los seres
humanos, quienes recogieron las semillas para posteriormente plantarlas.
A finales del siglo XV, tras el descubrimiento del continente americano
por Cristóbal Colón, el grano fue introducido a Europa a través de España.
Se difundió entonces por lugares de climas cálidos del Mediterráneo y
posteriormente a Europa septentrional. Mangelsdorf y Reeves (1939) han
hecho notar que el maíz se cultiva en todas las regiones del mundo aptas
10
para actividades agrícolas y que se recoge en algún lugar del planeta todos
los meses del año. Crece desde los 58° de latitud norte en Canadá y Rusia
hasta los 40° de latitud sur en el hemisferio meridional. Se cultiva en
regiones por debajo del nivel del mar en la llanura del Caspio y a más de
4 000 metros de altura en los Andes peruanos.
Pese a la gran diversidad de sus formas, al parecer todos los tipos
principales de maíz conocidos hoy en día, clasificados como Zea mays,
eran cultivados ya por las poblaciones autóctonas cuando se descubrió el
continente americano. Por otro lado, los indicios recogidos mediante
estudios de botánica, genética y citología apuntan a un antecesor común de
todos los tipos existentes de maíz. La mayoría de los investigadores creen
que este cereal se desarrolló a partir del teosinte, Euchlaena mexicana
Schrod, cultivo anual que posiblemente sea el más cercano al maíz. Otros
creen, en cambio, que se originó a partir de un maíz silvestre, hoy en día
desaparecido. La tesis de la proximidad entre el teosinte y el maíz se basa
en que ambos tienen 10 cromosomas y son homólogos o parcialmente
homólogos.
En cualquier caso, la mayoría de las variedades modernas del maíz
proceden de material obtenido en el sur de los Estados Unidos, México y
América Central y del Sur
DESCRIPCIÓN BOTÁNICA
El maíz (Zea mays) pertenece a la familia de las gramíneas y es una planta
anual alta dotada de un amplio sistema radicular fibroso. Se trata de una
especie que se reproduce por polinización cruzada y la flor femenina
(elote, mazorca, choclo o espiga) y la masculina (espiguilla) se hallan en
distintos lugares de la planta. Las panojas (a menudo, una por tallo) son las
estructuras donde se desarrolla el grano, en un número variable de hileras
(12 a 16), produciendo de 300 a 1 000 granos, que pesan entre 190 y 300 g
por cada 1 000 granos. El peso depende de las distintas prácticas genéticas,
ambientales y de cultivo. El grano constituye aproximadamente el 42 por
ciento del peso en seco de la planta. El maíz es a menudo de color blanco o
amarillo, aunque también hay variedades de color negro, rojo y jaspeado.
Hay varios tipos de grano, que se distinguen por las diferencias de los
compuestos químicos depositados o almacenados en el grano.
Las variedades cultivadas fundamentalmente para alimentación
comprenden el maíz dulce y el reventador, aunque también se usan en
buena medida el maíz dentado, el amilácea o harinoso y el cristalino; este
11
último también se utiliza para pienso. El maíz normal no maduro en la
panoja es objeto de gran consumo, hervido o tostado. El maíz harinoso es
un grano con endospermo blando que se emplea mucho como alimento en
México, Guatemala y los países andinos. El maíz de tipo dentado tiene un
endospermo calloso y vítreo a los lados y en la parte posterior del grano,
en tanto que el núcleo central es blando. El maíz de tipo cristalino posee
un endospermo grueso, duro y vítreo, que encierra un centro pequeño,
granuloso y amilácea.
LA PLANTA DEL MAÍZ
Se puede considerar la planta del maíz como un sistema metabólico cuyo
producto final es, en lo fundamental, almidón depositado en unos órganos
especializados: los granos.
El desarrollo de la planta se puede dividir en dos fases fisiológicas. En la
primera, o fase vegetativa, se desarrollan y diferencian distintos tejidos
hasta que aparecen las estructuras florales. La fase vegetativa consta de
dos ciclos. En el primero se forman las primeras hojas y el desarrollo es
ascendente; en este ciclo, la producción de materia seca es lenta y finaliza
con la diferenciación tisular de los órganos de reproducción. En el segundo
ciclo se desarrollan las hojas y los órganos de reproducción; este ciclo
acaba con la emisión de los estigmas.
La segunda fase, también llamada fase de reproducción, se inicia con la
fertilización de las estructuras femeninas que se diferenciarán en espigas y
granos. La etapa inicial de esta fase se caracteriza por el incremento de
peso de las hojas y otras partes de la flor; durante la segunda etapa, el peso
de los granos aumenta con rapidez (Tanaka y Yamaguchi, 1972).
La planta desarrolla características y diferencias morfológicas en las fases
vegetativa y de reproducción, como consecuencia del terreno de evolución,
selección natural y la domesticación. Algunos genotipos se han adaptado a
zonas ecológicas concretas, desarrollando características particulares,
como por ejemplo la sensibilidad con respecto a la duración del día y a la
temperatura, que limitan su adaptabilidad a zonas con diferente latitud y
altitud. Por tanto, se deben realizar programas de mejora en las zonas en
que se van a cultivar las variedades mejoradas, aunque esto no significa,
que se puedan obtener características genéticas específicas mediante
retrocruzamiento.
12
La morfología o arquitectura de la planta también ha sido consecuencia de
la evolución que ha dado lugar a una gran variedad de plantas (longitud y
anchura de las hojas, altura de las plantas, lugares en que aparecen las
mazorcas, el número de estas por planta, los ciclos de maduración, los
tipos de granos, el número de hileras de granos, entre otras características).
Esta variedad es de gran valor para mejorar la productividad de la planta y
determinados elementos orgánicos del grano. Los principales factores del
rendimiento son el número y el peso de los granos, y están determinados
por factores genéticos cuantitativos que se pueden seleccionar con relativa
facilidad. El número de granos está determinado por el número de hileras y
el número de granos por hilera de la mazorca. La relación entre el peso del
grano y el peso total de la planta es, en la mayoría de las variedades de
maíz, de aproximadamente 0,52.
ESTRUCTURA DEL GRANO DE MAÍZ
Los granos de maíz se desarrollan mediante la acumulación de los
productos de la fotosíntesis, la absorción a través de las raíces y el
metabolismo de la planta de maíz en la inflorescencia femenina
denominada espiga. Esta estructura puede contener de 300 a 1 000 granos
según el número de hileras y el diámetro y longitud de la mazorca. El peso
del grano puede variar mucho, de aproximadamente 19 a 30 g por cada
100 granos. Durante la recolección, las panojas de maíz son arrancadas
manual o mecánicamente de la planta. Se pelan las brácteas que envuelven
la mazorca y luego se separan los granos a mano o, más a menudo,
mecánicamente.
El grano de maíz se denomina en botánica cariópside o cariopsis; cada
grano contiene el revestimiento de la semilla, o cubierta seminal, y la
semilla, como se ve en la Fig. Nº 1.1.
La figura muestra también las cuatro estructuras físicas fundamentales del
grano: el pericarpio, cáscara, o salvado; el endospermo; el germen o
embrión; y la pilorriza (tejido inerte en que se unen el grano y el carozo).
Wolf et al. (1952), Wolf, Koo y Seckinger (1969) han descrito
adecuadamente la anatomía general y la estructura microscópica de estos
elementos anatómicos.
13
La distribución ponderal de las distintas partes del grano se indica en el
Cuadro Nº 1.1, el 83 por ciento corresponde al endospermo, 11 por ciento
al germen y 5 por ciento al pericarpio. El resto está constituido por la
pilorriza, estructura cónica que junto con el pedicelo une el grano a la
espiga.
Epidermis
Mesocarpio
Células transversales
Células tubulares
Cubierta seminal
PERICARPIO
Cáscara
Escutelo
Plúmula o gémula y hojas
primarias
Radícula o raíz rudimentaria
Pilorriza
Fig. Nº 1.1 Estructura del grano de maíz: corte longitudinal
Fuente: Wheat Flour Institute, Chicago, Illinois, 1964
En el Cuadro Nº 1.2 se resumen los datos correspondientes a dos
variedades comunes y a una de maíz opaco-2 (Landry y Moureaux, 1980).
Las dos muestras de maíz común presentan las mismas características
generales; ahora bien, el germen de la muestra de maíz opaco-2 es mayor y
suministra más nitrógeno.
GERMEN
Endospermo cristalino
Endospermo harinoso
Células llenas de gránulos de
almidón en una matriz proteica
Paredes de células
ENDOSPERMO
Capa de aleurona
14
Cuadro Nº 1.1 Distribución Ponderal de las principales partes del
grano
Estructura
Pericarpio
Aleurona
Endospermo
Germen
% Distribución ponderal
5 -6
2-3
80 - 85
10 - 12
Cuadro Nº 1.2 Distribución del peso y del nitrógeno de partes de
granos de maíz común y opaco-2
Parte del grano
Germen
Endospermo
Cubierta seminal
Materia seca (%)
Común
13,5
80,0
6,5
Común
8,1
84,0
7,9
Fuente: Landry y Moureaux 1980
Opaco-2 Común
35,0
20,1
61,0
76,5
4,0
3,4
Nitrógeno (%)
Común
14,9
80,5
4,6
Opaco-2
35,1
60,7
1,2
PRODUCCION MUNDIAL DE MAIZ
La producción mundial de maíz aumentó de 1979 a 1987 como se indica
en el Cuadro Nº 1.3, en la que se desglosa por continentes. La superficie
plantada con maíz pasó de 105 millones de hectáreas en 1961 a unos 127
millones en 1987. La producción creció significativamente debido al
aumento de las tierras cultivadas con el cereal, sobre todo gracias a
mejoras genéticas, aplicación de técnicas más eficientes y uso de
fertilizantes, así como a la introducción de variedades nuevas con mayor
capacidad de reproducción.
Los países en desarrollo dedican más tierras al cultivo de maíz que los
países desarrollados, pero éstos obtienen un rendimiento aproximadamente
cuatro veces mayor. La mayor parte de la producción de los países en
desarrollo se dedica al consumo humano, la del mundo desarrollado sirve
fundamentalmente para la elaboración industrial y para pienso. En
América del Norte y América Central, los elevados rendimientos por
hectárea y la gran producción de la región se deben sobre todo a los
Estados Unidos.
45000
40000
35000
103 ha
30000
25000
20000
15000
10000
5000
1979 - 1981
1985
1986
1987
1979 - 1981
1985
1986
1987
1979 - 1981
1985
1986
1987
1979 - 1981
1985
1986
1987
1979 - 1981
1985
1986
1987
1979 - 1981
1985
1986
1987
0
Africa
América del América del
Norte y
Sur
Central
Asia
Europa
Oceanía
Fig. Nº 1.2 Producción mundial de Maíz
Fuente: FAO 1988
300
250
106 TM
200
150
100
50
0
1996
1997
1998
1999
2000
Producción de Maíz
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Uso de Maíz para bioetanol
Fig. Nº 1.3 Producción de maíz en USA.
Fuente: United Departament of Agriculture (USDA), 2007
16
La emigración de los habitantes del campo a las ciudades y a los cambios
del modo de vida que se da en los países en desarrollo, se registra
tendencia a consumir trigo en lugar de maíz que influye en la producción.
El empleo del maíz en la industria y para pienso, en particular para aves de
corral y otros animales monogástricos ha aumentado ligeramente. La
comparación de los datos disponibles para el maíz con los
correspondientes al trigo y al arroz lo sitúa en el segundo puesto de los
cereales, en cuanto a importancia, después del trigo. Ahora bien, por lo que
se refiere a rendimiento por hectárea, el maíz supera a los otros dos
cereales.
COMPOSICION QUIMICA Y MORFOLOGIA DEL MAIZ
El grano individual del maíz es botánicamente una cariópside y está
formado por 4 estructuras principales: el pericarpio o cáscara, el germen o
embrión, el endospermo y la pilorriza.
El pericarpio, cáscara o salvado se caracteriza por un elevado contenido de
fibra cruda, aproximadamente 87%; la fibra está constituida
principalmente por hemicelulosa y celulosa. El resto de la composición
química de la cáscara son cenizas, proteínas y azúcares. La función
primordial de la estructura fibrilar en la cáscara es formar una red que
proteja y contenga a las demás estructuras del grano.
El endospermo provee los nutrientes para el germinado de la semilla, hasta
que la nueva planta tenga suficiente área de hoja para ser autótrofa. Esta
estructura posee un alto contenido de almidón (87%) y aproximadamente
8 % de proteínas. Esta composición se aprecia claramente en una
micrografía obtenida por microscopia electrónica de barrido (Fig. N° 1.4),
en la que se observan 2 tipos de partículas: esféricas y laminares.
Las estructuras esféricas son los gránulos de almidón, mientras que la
estructura laminar está formada por proteínas. Además, esta parte del
grano de maíz contiene aproximadamente 5% de agua. La distribución del
contenido de agua en el endospermo produce dos morfologías diferentes
en esta sección del grano de maíz, el liquido se concentra en la parte
interna del grano, mientras que la parte cercana a la cáscara presenta
menor contenido de agua; por lo tanto, la morfología del endospermo
“seco” tiene un aspecto mucho más compacto que la sección del
endospermo “húmedo”. En la parte “húmeda” del endospermo (Fig. N°
1.4a) se aprecia las esferas del almidón y las laminas proteicas con una
densidad de masa total menor a la densidad de masa observada en la parte
17
“seca” del endospermo (Fig. N° 1.4b). Esto se debe al mayor o menor
contenido de agua en las dos diferentes secciones del endospermo.
Además, en la parte “seca” del endospermo la parte proteica se ve como
una interface continua entre las partículas de almidón; por el contrario en
la parte “húmeda”, la estructura proteica se aprecia como una serie de
laminas que se encuentran entre las partículas esféricas de almidón en la
Fig. N° 1.5 puede observarse de una manera detallada la morfología del
endospermo: la estructura proteica recubre las partículas de almidón
(esferas) y se interconecta mediante una serie de láminas que se
encuentran entre las mismas partículas del almidón.
(a)
(b)
Fig. Nº 1.4 Imagen del microscopio electrónico de barrido en la que se
aprecian las diferentes partes del endospermo: a) parte central y húmeda
del endospermo y b) sección seca y externa del endospermo.
Almidón
Proteína
Fig. Nº 1.5 Estructura morfológica detallada de los dos componentes del
endospermo: el almidón (partículas esféricas) y la sección proteica, que
forma láminas entre las partículas del almidón; asimismo, se observa que
la parte proteica envuelve a las partículas del almidón.
18
El germen o embrión es la estructura a partir de la cual se desarrollará una
nueva planta. Se caracteriza por un elevado contenido de grasa, proteínas
y minerales. En este caso, la estructura morfológica del germen de maíz
presenta una morfología muy densa (Fig. N° 1.6). Esta morfología puede
estar relacionada por el alto contenido de minerales, los cuales tienen
estructuras mucho más compactas que el de las proteínas y las grasas.
La pilorriza es una estructura cónica de tejido inerte que une el grano y el
carozo (olote). Al igual que el pericarpio, está compuesta de celulosa y
hemicelulosa, entre otros carbohidratos complejos.
VALOR NUTRITIVO DEL MAIZ
Debido a su ingesta relativamente elevada en los países en desarrollo, a las
cereales no se les puede considerar solo una fuente de energía,
proporcionada por el almidón, sino que además suministran cantidades
notables de proteínas y otros nutrimentos. Vale la pena mencionar que
cada una de las partes del grano de maíz difiere considerablemente su
composición química, que a su vez varía ampliamente por causas tanto
genéticas como ambientales.
Fig. N° 1.6 Imagen microscópica del germen, en la cual se observa una
alta densidad por la presencia de minerales y fracturas debido a la pérdida
de agua durante el proceso de preparación de la muestra.
19
ALMIDON Y OTROS CARBOHIDRATOS
El componente químico principal del grano de maíz es el almidón, al que
corresponde hasta el 72-73% del peso de grano. El almidón está formado
por dos polímeros de glucosa: amilosa y amilopectina. La amilosa es una
molécula esencialmente lineal de unidades de glucosa, que constituye
hasta el 30% del almidón. El polímero amilopectina también consiste en
unidades de glucosa, pero en forma ramificada, constituye hasta el 75%
del almidón. Otros hidratos de carbono son azúcares sencillos en forma de
glucosa, sacarosa y fructosa, en cantidades que varían de 1-3% del peso
del grano.
PROTEINAS
En las variedades comunes de maíz, el contenido de proteínas puede
oscilar entre 8 y 11% del peso del grano, la mayor parte, se encuentran en
el endospermo. Las proteínas de los granos son estudiadas ampliamente y
están formadas de varias fracciones distintas:
a)
b)
c)
La fracción de proteína soluble en agua, constituida por albúminas y
globulina.
La fracción de proteínas soluble en alcohol, constituidas por las
prolaminas o zeínas (esta fracción representa entre 50 y 60% del
total de proteínas del endospermo, por lo que se considera las
proteínas de reservas más importantes), tiene como función servir
como fuente de nitrógeno para el germinado de las semillas; las
zeínas son ricas en prolina, glutamina, leucina y alanina. Se
clasifican en 4 clases dependiendo de la solubilidad y la secuencia:
alpha, beta, gamma y delta; cada una de estas clases son conjuntos
de por lo menos una decena de proteínas con secuencias distintas que
se han determinado genéticamente.
Otra de las fracciones está constituida por las proteínas solubles en
soluciones alcalinas en presencia de mercaptoetanol; esta fracción
representa aproximadamente 1% de la proteína total en el grano.
ACEITE Y ACIDOS GRASOS
El aceite del grano de maíz esta principalmente en el germen y está
determinado genéticamente, con valores que van de 3 a 18%. El aceite de
maíz tiene bajo nivel de ácidos grasos saturados: ácido palmítico y
esteárico, con valores medios de 11 y 2% respectivamente. En cambio,
contienen niveles relativamente elevados de ácidos grasos poli-
20
insaturados, principalmente ácido linoléico, con un valor medio de cerca
de 24%. Solo se encuentra cantidades mínimas de ácidos linolénico y
araquidónico. Además, el aceite de maíz es relativamente estable, contiene
pequeñas cantidades de ácidos linolénico (0.7%) y niveles elevados de
antioxidantes naturales. Los ácidos grasos saturados afectan negativamente
varios factores relacionados con enfermedades cardiovasculares y
arterosclerosis; mientras los ácidos grasos poli-insaturados tienen efectos
benéficos en el sistema cardiovascular; por eso el aceite de maíz goza de
buena reputación, debido a la distribución de los ácidos grasos,
principalmente del ácido linoléico.
La concentración de cenizas en el grano de maíz es aproximadamente de
1.3%, pero ese porcentaje varia considerablemente debido a factores
ambientales como tipo de suelo, riego y fertilización entre otros. El
germen es relativamente rico en minerales, con un valor medio de 11%,
frente a menos de 1% en el endospermo. El germen proporciona casi 78%
de todos los minerales de grano. Los elementos químicos que más abundan
en forma de minerales son fosforo, potasio y magnesio, se encuentran en
su totalidad en el embrión con valores de entre 0.90 y 0.92% dependiendo
de la variedad de maíz.
1.2 CHICHA DE JORA
La chicha es la bebida por excelencia del antiguo Perú. La más sencilla y
más antigua forma de “elaboración consiste en añadir agua caliente sobre
el grano, previamente chancado o molido, al cabo de uno o dos días,
agregar agua a la mezcla, para aligerarla; y después hervir, filtrar y poner a
fermentar en un porongo dos o más días, según se desee una chicha ligera
y refrescante o embriagadora. Después se generalizó el empleo del maíz
germinado y masticado (chacchado), al cual se llamó jora. Para algunas
festividades se acostumbra que las acllas (mujeres al servicio del inca)
escogidas masticaran el grano germinado, de modo que la fermentación se
acentuara por efecto de la “ptialina” contenido en la saliva; incluso hubo
otra especie de chicha, a la cual se le agregaba un trozo de carne,
desprovista de huesos, grasa y nervios, que recibió el nombre de “tekti”.
Pero también podía elaborarse la chicha de los pequeños frutos del molle,
de ocas o yucas, de maní o quinua; o se agregaba uno o más de estos
productos a la chicha de maíz. Según el grado de fermentación o de las
materias agregadas al maíz, la chicha puede variar la tonalidad y
21
consistencia (densa o acuosa, viscosa o cristalina, y de color amarillo
oscuro o blanquecino, colorado o ceniciento).
Además de servir como bebida reconfortante durante las faenas agrarias,
su uso en las ceremonias fue principal. En la actualidad, la chicha continúa
siendo la bebida popular entre los pobladores de todo el Perú.
La chicha de jora se ha elaborado desde tiempos “pre incaicos”, un
vestigio de esto se encuentra en la zona arqueológica de Chavín de
Huantar (1500 a.c – 200 d.c) en la galería de ofrendas entre las numerosas
vasijas y cántaros; se cree que varios de estos contenían bebidas entre ellas
la chicha. Esta interpretación encuentra sustento en las representaciones de
maíz en tres botellas presentes (Lumbreras op. cit.: lámina 74), así como
en recientes análisis químicos efectuados en los restos óseos recuperados
en Chavín de Huantar (Burger y van der Merwe 1993).
CARACTERISTICAS
La chicha de jora es una bebida tradicional y oriunda del Perú que es
consumida por la mayoría de regiones del Perú. Es una bebida alcohólica
obtenida de la fermentación de la materia azucarada contenida en el mosto
del maíz germinado. Por intermedio de la fermentación se activa la micro
flora láctica nativa la cual es responsable de la fermentación láctica y/o
maltoláctica. Las bacterias lácticas son útiles como probióticos por sus
beneficios terapéuticos y nutricionales.
El cuadro N°1.3, presenta el valor nutricional de la chicha de jora por 100
mL de sustancia comestible:
CARACTERISTICAS ORGANOLEPTICOS
•
•
Color: El color predominante es el pardo claro, aunque varía
dependiendo de la materia prima utilizada, por ejemplo puede
encontrarse chicha de jora desde el blanco amarillento hasta el
blanco rosa. El color varía a través del tiempo de duración de la
fermentación, iniciándose con el color pardo oscuro y tornándose a
pardo claro.
Aroma: El aroma no varía a lo largo del tiempo de fermentación.
22
•
Sabor: El sabor es fuertemente influenciado durante la fermentación
que se inicia como a maíz dulce pasando por el agridulce y
terminando con agrio, poco dulce y ácido.
•
Grado de claridad: El grado de claridad de la chicha de jora es
turbio.
•
Sedimento: Es el resultado de la precipitación de los sólidos
insolubles: gomas, proteínas, levaduras, cuando la fermentación ha
terminado. Este se incrementa con el tiempo de elaborada la chicha.
Cuadro Nº 1.3 Tabla de composición de la chicha de jora.
Contenido en 100g de Chicha de jora
Energía (Kcal.)
28
Agua (g)
93.2
Proteínas (g)
0.4
Grasa (g)
0.3
Carbohidratos (g)
5.8
Fibra (g)
0.2
Ceniza (g)
Calcio (mg)
0.3
22
Fósforo (mg)
Hierro (mg)
Tiamina (mg)
Riboflavina (mg)
Niacina (mg)
Ácido ascórbico reducido
18
1.8
0.02
0.10
0.20
2.4
Fuente: Ministerio de Salud. Instituto Nacional de Salud. Centro
Nacional de Alimentación y Nutrición. 2002
1.3 CARACTERIZACION DE LA CHICHA DE JORA
a) ESPECIFICACIONES DE LA MATERIA PRIMA
Para la elaboración es necesario especificar cada una de las materias
primas a utilizar.
23
Maíz:
Ensayar con los granos del “maíz serrano” que es una variedad del tipo
amiláceo, procedente de las zonas con climas templados de la sierra del
Perú.
Los granos deben encontrarse secos, enteros y libres de insectos.
Color
:
Forma del grano :
Amarillo con pilorriza rosada.
Elipsoidal u ovoide.
Jora:
La jora se obtiene por germinación de los granos de maíz serrano, deben
tener como promedio sus raicillas 2 cm de crecimiento; pero para su uso
deben estar secos, libres de moho e insectos.
Su principal función es la de proporcionar las enzimas (diastasas) que
serán responsables de la degradación del almidón en maltosa y glucosa.
Granos adjuntos:
Los siguientes granos (Habas, trigo, quinua, cebada) deben estar secos,
limpios y libres de insectos.
b) ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO FINAL
La chicha de jora al ser un producto de consumo humano debe tomar
medidas para garantizar la inocuidad del producto final, conservar sus
propiedades nutricionales y cuidar la salud de los consumidores.
Los requisitos de la chicha de jora se resumen de la siguiente manera:
Color: Pardo claro
Aroma: Debe mantenerse en el tiempo.
Sabor: Agridulce y debe mantenerse en el tiempo.
Textura: Ligeramente viscoso y con trazas de sólidos suspendidos.
24
Grado de claridad: Turbio.
Niveles de carga microbiana: Ver Cuadro Nº 1.4.
Cuadro Nº 1.4 Niveles microbiológicos máximos permitidos según
MR 591-2008 MINSA.
Agente Microbiano Limite Max.
Aerobios mesófilos
10
Mohos
5
Levaduras
10
CAPITULO II.- MARCO TEORICO
2.1 OBTENCIÓN DE LA JORA
El principal ingrediente para la elaboración de la “chicha de jora” es el
maíz germinado llamado comúnmente “jora”, para la obtención de jora de
buena calidad, hay que tener en cuenta las siguientes consideraciones:
•
•
Maíz que germine uniformemente y con facilidad.
Cualidades enzimáticas satisfactorias (α-amilasa, β-amilasa, etc.).
CAMBIOS DURANTE EL
ELABORACION DE JORA.
a)
PROCESAMIENTO
EN
LA
REMOJO:
La actividad vital del grano empieza en el mismo momento en que se
introduce en el agua. El azúcar se disuelve, una parte sirve de alimento al
embrión y la otra se consume en la respiración. Comienza también la
producción de enzimas, principalmente, de la diastasa que hidroliza al
almidón. Durante la imbibición las moléculas de sustancias completamente
solventes se hinchan, causan disolución de las partículas coloidales,
ocupan los espacios capilares libres y los espacios intermicelares del
coloide. Los geles en los granos son polielectrolitos que contienen un largo
número de grupos iónicos. Las moléculas por sí mismas son de
considerable peso molecular, por esto, no se mueven libremente. Debido a
esto la imbibición puede tratarse como un caso especial de ósmosis,
además que las fuerzas desarrolladas en esta reacción son las mismas que
suceden en ósmosis. Estudios consideran que parte de la hinchazón del
coloide, debido a esta inmovilidad actúa como una membrana
semipermeable y el grosor de ésta, como el sistema osmótico. Según
Mayer (1963), citado por Velásquez (1982),en los granos, la proteína es el
principal componente que imbibe agua. Sin embargo, otros componentes
también se hinchan.
Los almidones no intervienen en el total de la hinchazón de los granos, aún
cuando grandes cantidades de almidones están presentes. Estos solamente
26
se hinchan a un pH muy ácido o después de un tratamiento con altas
temperaturas, condiciones por las cuales no ocurre naturalmente.
b)
GERMINACION:
Durante el remojo la provisión de azúcar en el grano se agota rápidamente
y la vida del embrión terminaría muy pronto si en este estado no tuviese la
facultad de preparar por sí mismo las sustancias nutritivas necesarias para
conservarla mediante la producción y segregación de enzimas o fermentos
solubles, cuya única función es el de transformar las sustancias de reserva
del grano de insolubles o no disolubles en materias nutritivas solubles y
difusibles.
Según Ullman (1965), citado por Velásquez (1982), las transformaciones
químicas que se producen en el grano durante la germinación hay que
atribuirlas a las enzimas que ya existen en el grano y de las que se
desarrollan durante la germinación.
Grassini (1958), citado por Velásquez (1982), afirma que mientras el
grano germina, en su interior, se van formando diastasas específicas, las
cuales actúan sobre los distintos componentes del mismo, almidones,
proteínas, elementos fosfatados, etc. , por otro lado, se forma nuevos
compuestos enzimáticos como carbohidratasas, lipasas, fosfatasas,
proteasas y desmolasas, las cuales actúan en la sacarificación del mosto.
La fosfatasa produce las desfosforilación del almidón reduciendo su
viscosidad y favoreciendo su licuefacción. Las amilasas (algunos las
llaman diastasas), actúan sobre el almidón transformándolo en dextrinas,
que es un azúcar no fermentable por las levaduras, y sobre la dextrina
transformándola en maltosa, que es el azúcar que contiene el mosto de
malta, el cual puede ser transformado en alcohol por las levaduras. Fritz
Ullman (1965), citado por Velásquez (1982), afirma que la citasa es otra
enzima que ataca las paredes de las células del almidón, y esto es muy
importante ya que de eso depende la suavidad de la malta. Según Grassini
(1958), las proteolíticas actúan sobre el gluten y el gleurona de la semilla,
produciendo su degradación a cuerpos aminados más simples, los cuales
podrán ser utilizados como alimentos nitrogenados por las levaduras
durante la fermentación del mosto.
Uno de los fenómenos más importantes de la germinación es la producción
de la enzima amilolítica o diastasa; según las investigaciones de Chrzaszcz
(1913), mencionado por Grassini (1958), en la germinación de la cebada se
27
producen tres diastasas: La solubilizante de la fécula, la dextrinizante y la
sacarificante.
Las
diastasas
solubilizantes
y sacarificantes
se
producen
independientemente una de la otra, asimismo, su formación depende del
tiempo que dure la germinación, la temperatura y la humedad que contiene
el maíz. La aireación tiene gran influencia.
La actividad de la diastasa durante la germinación es pobre. En términos
generales, solo se sacarifica la cantidad de fécula necesaria para la
alimentación y la respiración del embrión. Sin embargo, la diastasa es la
enzima que en el braceado va a realizar el principal trabajo.
La forma exacta de cómo estas amilasas funcionan es distinta en diferentes
granos. Usualmente, los granos contienen amilosa y amilopectina. El
almidón de maíz contiene únicamente un 25% de amilosa, siendo el resto
amilopectina. Bravermann (1967), afirma que en la actualidad se han
obtenido nuevas variedades de maíz que contienen en su almidón hasta un
65% de amilopectina.
En los granos existen dos tipos de amilasa, la alfa-amilasa y la betaamilasa que ataca a la molécula de amilosa en su extremidad no reductora,
separando moléculas de maltosa en las posiciones 1:4 y continuando de
esta forma, hasta que llega al punto de ramificación del enlace 1:6 donde
su actividad se detiene. Durante la germinación, otra enzima que ataca al
almidón es formada, particularmente, la alfa-amilasa que actúa únicamente
sobre los enlaces 1,4 separando moléculas largas de oligosacáridos a partir
del almidón. En la industria, estas mezclas obtenidas por hidrólisis
enzimática o ácida, se denominan dextrina o jarabe de almidón (también
jarabe de maíz).
Dure, mencionado por Mayer (1963), afirma que los granos secos de maíz
contienen solamente beta-amilasa. El aumento de la actividad de la
amilasa en el grano durante la germinación es, principalmente, por la alfaamilasa, la cual, cuando la actividad amilolítica está en lo máximo, tiene
el 90% de actividad total en el endosperma. La alfa-amilasa se origina en
el escutelo y es secretada dentro del endosperma, mientras que la betaamilasa aparece formándose solamente en el endosperma. Las moléculas
de maltosa por la acción de la amilasa, son degradadas por la enzima
maltasa, que existe en la malta, y convertidas en moléculas sencillas de
glucosa. Lo que antecede demuestra la especificidad absoluta de estas
enzimas.
28
Según Conn (1965), citado por Velásquez (1982), la maltosa es una azúcar
reductora ya que tiene un grupo aldehído potencialmente libre y presenta
el fenómeno de mutarrotación. Este disacárido no se encuentra en la
naturaleza, pero se obtiene de la forma que hemos indicado.
La acción de la diastasa sobre la fécula se manifiesta por la aparición de
hoyuelos en la superficie del grano, que van aumentando progresivamente
en número y profundidad; aparecen después hendiduras radiales y las
capas concéntricas se van separando una de otras; por último, desaparece
la parte fécula transformada en azúcar que sirve, en parte, para mantener la
respiración y, en parte, para alimentar al embrión. En total se pierde con
esto, según el método de trabajo seguido, de 4 a 7% de fécula.
Ullman (1965), afirma que las propiedades físicas y químicas de la malta
no dependen en manera alguna de la longitud de la plúmala y radícula. Se
puede obtener malta, cuyo estado de desagregación es completo, con
plúmalas y radículas cortas.
Como se indicó anteriormente las proteínas también son degradadas por
las proteinasas o enzimas proteolíticas, pero no se conoce la exacta
naturaleza del mecanismo. Generalmente, hay pequeños cambios en el
contenido de nitrógeno total de la semilla durante la germinación, no
obstante una pérdida insignificante puede ocurrir, especialmente, debido a
la impermeabilidad de las sustancias nitrogenadas. En lugar de las
proteínas degradadas aparecen aminoácidos libres y amidas.
La grasa contenida en semillas cambia durante la germinación por acción
de la lipasa. Es frecuente encontrar que más de una lipasa es activa. Esas
son diferenciadas en varias formas, incluyendo el pH al cual funcionan. En
esta forma es posible distinguir entre lipasas neutras y ácidas. Los tejidos
de las semillas vegetales con gran contenido de grasas, transforman
rápidamente sus depósitos de grasa en sacarosa durante la germinación.
Según Conn (1965), las semillas que dependen más del almidón que de las
grasas como fuente de energía durante la germinación, no poseen el ciclo
glioxilato, es decir, no van a transformar los ácidos grasos liberados en
azúcar.
Según Bennion(1970), citado por Velásquez (1982), las enzimas que
degradan las grasas en ácidos grasos van a producir alteraciones
aumentando acidez.
29
Las sustancias minerales del maíz sufren también hondas
transformaciones; en primer término, las combinaciones orgánicas del
ácido fosfórico en forma de ácido inositofosfórico combinado con distintas
bases (fitinas). Durante la germinación, la fitasa desdobla estas
combinaciones en inosita y fosfatos minerales. La malta no tiene ácidos
orgánicos libres. El aumento de acidez se debe exclusivamente a la
solubilización del ácido fosfórico y formación de fosfatos ácidos.
Según Mayer (1963), los ácidos cítrico, málico y citocínico se
incrementan, en diferentes proporciones, en el maíz durante la
germinación.
c)
SECADO O DESHIDRATADO:
Durante esta operación se producen modificaciones en la malta, tanto
físicas como químicas. Las modificaciones físicas se refieren a la cantidad
de agua, al volumen, al sabor, al olor y al color.
El volumen de la jora es siempre mayor que el del maíz de la que procede
y ambas están, por término medio, en la proporción 1.3 a 1.
El olor y el sabor de la jora se modifica esencialmente: la jora verde tiene
olor y sabor a pasto, que desaparecen en la jora secada.
Las transformaciones químicas se producen de acuerdo a la temperatura: si
es baja, prosigue el crecimiento del embrión y de la desagregación del
grano. La plúmula crece algo y continúa la segregación de enzimas; sin
embargo, cuando la temperatura es alta (45°C), se producen una serie de
fenómenos de reversión, el azúcar invertido se transforma de nuevo en
sacarosa y aun en fécula; los azúcares fermentables pasan de nuevo a
polisacáridos no fermentables.
En la malta desecada y tostada hay, pues, siempre más sacarosa que en la
malta verde, que contiene mayor proporción de azúcar invertida.
De los azúcares reductores que intervienen en la formación del aroma,
color ocupa el primer lugar el azúcar invertido, a su vez, la levulosa que se
descompone a temperaturas relativamente bajas da a la malta cierto aroma
y algo de color.
Las transformaciones químicas se producen por acción de las enzimas. La
desecación modifica profundamente las enzimas de la malta verde o
fresca. Ullman (1965), afirma que la enzima solubilizante de la fécula
30
soporta relativamente, bien las altas temperaturas de la desecación, aunque
muy debilitada. Mucho más sensible a la temperatura es la diastasa.
2.2 TRANSFORMACIONES DURANTE LA COCCIÓN
a)
AMILOLISIS
Las enzimas más importantes en el malteado son las amilasas α y β.
Se denominan así según la posición α o β, respectivamente del
hidroxilo del carbono 1 del carbohidrato producido. La amilasa α es
un metaloenzima y un endoenzima, en tanto que la β amilasa es una
enzima tiólico y exoenzima. La α amilasa ataca cualquier enlace α
1,4 excepto aquellos próximos a un punto de ramificación y los
situados a los extremos de la molécula. Actuando sobre la amilosa, el
enzima rinde, moléculas de diversas longitudes y cadena lineal.
Cuando ataca a la amilopectina, el producto que rinde es una mezcla
de moléculas lineales y ramificadas.
ALMIDON SOLIDO
ALMIDON LIQUIDO
AMILODEXTRINAS
Dextrinas con reacción
positiva al yodo
ERITRODEXTRINAS
ACRODEXTRINAS
No fermentables
AZUCARES ALTOS
Más o menos fermentables
MALTOSA
Fermentables
GLUCOSA
Fig. Nº 2.1 Diagrama de bloques representando las etapas del
amilólisis.
31
En contraste con esto la β amilasa ataca a las moléculas de almidón
en sus extremos no reductores, rindiendo unidades de β maltosa, un
disacárido reductor. Esta acción se ve dificultada por los puntos de
ramificación con enlaces α 1,6 de modo que la acción β amilasa deja
como residuo moléculas ramificadas
•
•
•
•
•
•
•
•
b)
El almidón está compuesto por dos fracciones diferentes que
son la amilosa y amilopéctina.
La amilosa se solubiliza fácilmente en agua caliente.
Su molécula se representa por una cadena lineal de 200 –
1000 unidades de glucosa.
Da reacción azul con el yodo.
La amilopéctina es difícilmente solubilizada.
Su molécula es ramificada, la constituyen de 50 – 70
ramificaciones; cada ramificación con 20 – 30 moléculas
(unidades de glucosa).
Da reacción violeta con el yodo.
Las enzimas de la malta que actúan sobre el almidón son:
La α amilasa es responsable de la licuefacción del almidón.
La β amilasa degrada el almidón.
PROTEOLISIS
Las proteínas no son degradadas en su mayor parte a sus compuestos
más simples durante la maceración.
•
•
•
•
•
•
•
El 5 a 6 % de los sólidos del mosto son compuestos
nitrogenados.
Un 40 – 45 % de las proteínas de la malta son solubles.
Los adjuntos tienen 8 – 10 % de proteínas.
De las proteínas que se solubilizan en la maceración, buena
parte de ellas se retiran por coagulación.
La degradación de las proteínas tienen lugar especialmente en
el maltaje.
La actividad de las enzimas proteolíticas es baja durante la
maceración por que las condiciones de pH no son óptimas.
En el mosto quedan compuestos nitrogenados a partir de las
proteosas y peptonas en forma coloidal.
32
PROTEINAS
METAPROTEINAS
Proteínas de alto
Peso molecular
(Coloides)
Presentes
en el mosto
PROTEOSAS Y
PEPTONAS
(100 unidades de aminoácidos)
producidos por acción de la
proteinasa
POLIPEPTIDOS
(100 unidades de aminoácidos)
producidos por acción de la
polipéptidasa
PEPTIDOS SIMPLES
2 a 3 unidades
de aminoácidos
Solubles
AMINOACIDOS
(Una unidad)
Producidos por
acción de las
péptidasas
Fig. Nº 2.2 Diagrama de bloques representando las etapas del
proteólisis.
•
•
•
Las proteínas que no son degradadas hasta proteosas y
peptonas se coagulan por desnaturalización durante la
ebullición del mosto.
Las proteosas y peptonas no son coaguladas sino que
permanecen dispersas en forma coloidal, pueden combinarse
parcialmente con taninos.
Otra parte de ellas que no se combina con taninos permanece
en la chicha; su función es organoléptica, contribuyen al
cuerpo, sabor y espuma.
2.3 FERMENTACIÓN LÁCTICA
La fermentación láctica se llama al proceso celular donde se utiliza
glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido
láctico.
Este proceso lo realizan muchas bacterias (llamadas bacterias lácticas),
algunos protozoos y ocurre en los tejidos animales, en ciertos protozoarios,
hongos y bacterias. Un ejemplo de este tipo de fermentación es la
acidificación de la leche. Ciertas bacterias (lactobacillus), al desarrollar en
33
la baba utilizan la lactosa (azúcar de leche) como fuente de energía. La
lactosa, al fermentar, produce energía que es aprovechada por las bacterias
y el ácido láctico es eliminado. La coagulación de la leche (cuajada)
resulta de la precipitación de las proteínas de la leche, y ocurre por el
descenso de pH debido a la presencia de ácido láctico. En ausencia de
oxígeno, las células animales convierten el ácido pirúvico en ácido láctico.
El ácido láctico puede ser un veneno celular. Cuando se acumula en las
células musculares produce síntomas asociados con la fatiga muscular.
El ácido láctico tiene excelentes propiedades conservantes de los
alimentos.
El ácido láctico se produce mediante la fermentación láctica. En
condiciones de ausencia de oxígeno (anaerobias), la fermentación
responde a la necesidad de la célula de generar la molécula de NAD+, que
ha sido consumida en el proceso energético de la glucólisis. En la
glucólisis la célula transforma y oxida la glucosa en un compuesto de tres
átomos de carbono, el ácido pirúvico, obteniendo dos moléculas de ATP;
sin embargo, de en este proceso se emplean dos moléculas NAD+ que
actúan como aceptores de electrones entonces pasan a la forma NADH.
Para que puedan tener lugar las reacciones de la glucólisis que producen
energía es necesario restablecer el NAD+ por otra reacción. Los dos tipos
de fermentación que se ilustran aquí son particularmente importantes ya
que, los subproductos –ácido láctico y etanol-, son utilizados en la
industria alimentaria. La fermentación láctica también se verifica en el
tejido muscular cuando, a causa de una intensa actividad motora, no se
produce una aportación adecuada de oxígeno que permita el desarrollo de
la respiración celular.
FERMENTACIÓN EN LA CHICHA DE JORA
Durante el proceso de fermentación de las bebidas participa activamente la
microflora láctica nativa como responsable de la fermentación láctica o
maloláctica, además de actuar como controladores biológicos, la especie
predominante en chicha de jora es Lactobacillus plantarum (Quillama,
1998; Quillama y Manca de Nadra, 2000).
Las bacterias lácticas, durante la transformación de diversos productos
fermentados, participan en la formación de sabor y aroma, confiriendo
propiedades organolépticas y reológicas deseables. También cumplen una
34
acción conservante, debido a la síntesis de una variedad de compuestos
inhibitorios: ácidos orgánicos (láctico, acético y propiónico), H2O2,
reuterina y bacteriocinas, los cuales previenen patógenos y contaminantes
de alimentos.
2.4 TRATAMIENTO TERMICO “PASTEURIZACION”
La pasteurización es una operación de estabilización de alimentos que
persigue la reducción de la población de microorganismos presentes de
manera que se prolongue el tiempo de vida útil del alimento.
Si se reduce la población de microorganismo al principio del
almacenamiento (NO), la vida de anaquel del alimento se alarga cuando el
parámetro de calidad dominante es la presencia de microorganismos, ya
sean patógenos ó alterantes, porque se tarda más tiempo en alcanzar una
concentración intolerable de microorganismos (Nf).
La pasteurización consigue disminuir la población de microorganismos
mediante la elevación de la temperatura durante un tiempo determinado.
La pasteurización es un tratamiento térmico suave, en contraposición con
la esterilización, que es un tratamiento muy intenso. La pasteurización
emplea temperaturas y tiempos de contacto relativamente bajos,
consiguiendo una prolongación moderada de la vida útil a cambio de una
buena conservación del valor nutritivo y de las cualidades organolépticas
del alimento.
Cinética de la muerte térmica de microorganismos:
La muerte térmica de microorganismo se ajusta muy a menudo a una
cinética de primer orden.
𝛿𝛿𝛿𝛿
= −𝑘𝑘𝑑𝑑 . 𝑁𝑁
𝛿𝛿𝛿𝛿
(2.1)
N: Número de microorganismos vivos en cada momento en cualquiera de
sus formas, en células ó células /mL.
Kd: es la constante cinética de muerte térmica a temperatura T.
NOTA: Kd depende directamente de la temperatura T.
35
Fig. Nº 2.3 Relación carga microbiana vs tiempo de tratamiento
térmico.
Integrando la ecuación (2.1) para un proceso térmico que se realiza a
temperatura constante (Kd constante) se obtiene:
𝑡𝑡
𝛿𝛿𝛿𝛿
= −𝑘𝑘𝑑𝑑 . � 𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑁𝑁0 𝑁𝑁
0
�
𝑁𝑁
𝑁𝑁 = 𝑁𝑁0 . 𝑒𝑒 −𝑘𝑘𝑑𝑑 .𝑡𝑡
log
𝑁𝑁
𝑘𝑘𝑑𝑑
=−
. 𝑡𝑡
𝑁𝑁0
2,3
(2.2)
(2.3)
Representando log(N/NO) frente al tiempo para un microorganismo
determinado se obtiene una recta de pendiente negativa de valor Kd /2,3.
Esta representación recibe el nombre de grafico de supervivencia. Para
cada temperatura se obtiene una pendiente diferente y por lo tanto un
gráfico de supervivencia diferente ya que Kd varía con la temperatura.
Frecuentemente se emplean otras magnitudes equivalentes a Kd para
caracterizar la velocidad de muerte de los microorganismos, como es el
tiempo de reducción decimal, D, que es el tiempo necesario para reducir el
número de microorganismos vivos en la décima parte del número inicial,
es decir:
10 microorganismos vivos
t=D
1 microorganismo vivo
N0 microorganismos vivos
t=D
N0/10 microorganismos vivos
36
𝑁𝑁
1
0,1. 𝑁𝑁0
=
=
= 10−1 Tasa de supervivencia ó tasa de destrucción
𝑁𝑁0 10
𝑁𝑁0
Sustituyendo t=D y N/N0 =10-1 en la ecuación (2.3):
Es decir,
log 0,1 = −
𝑁𝑁
𝑡𝑡
log 𝑁𝑁 = − 𝐷𝐷
0
𝑘𝑘𝑑𝑑
. 𝐷𝐷
2,3
(2.4)
→
𝐷𝐷 =
2,3
𝑘𝑘0
Fig. Nº 2.4 Gráficos de supervivencia.
Los gráficos de supervivencia también se pueden representar en función de
D:
37
Fig. Nº 2.5 Gráfico de supervivencia – tiempo de reducción decimal (D).
Influencia de la temperatura (T) en la cinética de la muerte térmica:
La constante de muerte térmica Kd y en consecuencia el tiempo de
reducción decimal D, son función de la temperatura, se obtienen rectas de
diferentes pendientes:
Fig. Nº 2.6 Gráfico de supervivencia a temperatura constante.
Es decir, la cinética de la muerte térmica se acelera al incrementarse la
temperatura, reflejándose en una disminución del tiempo de reducción
decimal D y un incremento de la constante de muerte Kd
38
Correlación de la kd y T: La ecuación de Arrehenius:
La constante de muerte térmica para un microorganismo dado, se
correlaciona bien con la temperatura T a través de la ecuación de
Arrhenius:
𝐸𝐸𝑎𝑎
𝑘𝑘𝑑𝑑 = 𝑘𝑘∞ . 𝑒𝑒 −𝑅𝑅.𝑇𝑇
(2.5)
Tomando logaritmo a la ecuación (3.5) se obtiene:
𝐿𝐿𝐿𝐿(𝑘𝑘𝑑𝑑 ) = 𝐿𝐿𝐿𝐿(𝑘𝑘∞ ) −
𝐸𝐸𝑎𝑎 1
𝑅𝑅
. 𝑇𝑇
(2.6)
Los valores de K∞ y Ea se obtienen graficando la ecuación (2.6) ( Ln(kd)
frente a 1/T ).
Correlación de D y T: Gráficos de termodestrucción y constante de
termorresistencia (Z):
1
𝑘𝑘
𝐸𝐸𝑎𝑎
Puesto que 𝐷𝐷 = 2,3𝑑𝑑 , se deduce que 𝐷𝐷 = 𝐷𝐷∞ . 𝑒𝑒 𝑅𝑅𝑅𝑅 donde D∞ y Ea , dependen
del tipo de microorganismo y se puede obtener de forma análoga a lo
expuesto antes.
Cuando se representa el logaritmo decimal del tiempo de reducción frente
a la temperatura, se obtienen líneas rectas de pendiente –m. Estas graficas
reciben el nombre de gráficos TDT ó gráficos de termodestrucción.
Fig. Nº 2.7 Gráfico TDT.
39
Como se deduce de la geometría del grafico, el inverso de la pendiente de
esta línea de termodestruccion, que se denomina Z, es el número de grados
que debe incrementarse la temperatura para que el valor del tiempo de
reducción decimal D baje a la decima parte del inicial. En efecto de la
geometría del grafico se deduce que:
𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(𝐷𝐷)−𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(𝐷𝐷𝑇𝑇𝑇𝑇 )
(𝑇𝑇−𝑇𝑇𝑅𝑅 )
1
(2.7)
= − 𝑍𝑍 = −𝑚𝑚
Donde Z se denomina termorresistencia del microorganismo y físicamente
es el valor del incremento de T que se necesita para que D varíe en un
orden de 10.
De esta definición, se deduce la siguiente expresión:
𝐷𝐷 = 𝐷𝐷𝑇𝑇𝑇𝑇 . 10
𝑇𝑇𝑅𝑅 −𝑇𝑇
𝑍𝑍
(2.8)
Aunque en principio solo es válida para intervalos cortos de temperatura y
para un mismo grado de muerte térmica.
Velocidad de muerte, L (letal rate)
Es una medida relativa de la velocidad de muerte. Se define como:
𝐿𝐿 = 10
(𝑇𝑇−𝑇𝑇𝑅𝑅 )
𝑍𝑍
(2.9)
Tiempo de muerte térmica (Factor F: Thermal death rate)
El factor F se usa para medir la intensidad de una pasteurización. Tiene
dimensiones de tiempo y representa el tiempo que debe pasar un alimento
a una temperatura de tratamiento dada.
La letalidad se calcula integrando la velocidad letal con respecto al tiempo:
𝑡𝑡
𝐹𝐹 = ∫0 𝐿𝐿 𝑑𝑑𝑑𝑑
(2.10)
40
2.5 PRUEBA DE PENETRACION DE CALOR Y DISEÑO DEL
PROCESO TERMICO CON EL METODO DE LA FORMULA DE
BALL
En una prueba de penetración de calor, se coloca un termopar en un
recipiente, de manera que mida la temperatura del alimento en el punto de
calentamiento más lento, el llamado punto frio. Para alimento con
calentamiento conductivo o alimentos que se están agitando, por lo general
este punto se encuentra en el centro geométrico del recipiente. En el caso
de alimentos convectivos que no se agitan, este punto podría localizarse
un poco abajo del centro geométrico. Dos temperaturas se registran
respecto del tiempo:
1.- La temperatura de la cámara de autoclave TR.
2.- La temperatura en el punto frio del alimento T.
La diferencia entre estas dos temperaturas proporciona la fuerza impulsora
que calienta al alimento. Esto significa que conforme la temperatura del
alimento se aproxima a la temperatura de autoclave, la rapidez de
calentamiento disminuye de manera exponencial como se representa en la
Fig. N° 2.8.
Para estudiar este proceso, se definen las siguientes variables:
t : Tiempo desde el inicio del procesamiento (min).
T : Temperatura del punto frio del alimento en cualquier tiempo t.
T0 : La temperatura del punto frio del alimento en el momento de inicio
(t=0).
T1 : Temperatura de procesamiento de la autoclave.
La Fig. N° 2.8 puede dividirse en dos partes:
•
•
La fase de retraso donde la pendiente de la curva aumenta.
La fase lineal donde los datos se ajustan a una línea recta.
El objetivo consiste en describir ambas partes de esta curva con una sola
ecuación lineal. Basta trazar una línea a través de esa parte de los datos
como se hace en la Fig. N° 2.9 observe que esta línea atraviesa el eje Y a
580 y toma 17,5 minutos cruzar un ciclo logarítmico.
41
Fig. N° 2.8 Perfiles de la temperatura de la autoclave y la temperatura del
producto en el punto frio en una prueba representativa de penetración de calor.
log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇) = log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇𝐴𝐴 ) −
𝑡𝑡
𝑓𝑓ℎ
(2.11)
t:
Tiempo de procesamiento (min)
T1:
Temperatura de procesamiento en la autoclave
TA:
Temperatura inicial aparente que se necesita para obtener una línea
recta.
fh:
Tiempo necesario para que la curva de penetración de calor atraviese
un ciclo logarítmico
La Fig. N° 2.9 dice que (𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇𝐴𝐴 ) = 580 y 𝑇𝑇1 = 240, se concluye que la
temperatura inicial aparente es 240 − 580 = −340°𝐹𝐹. Ahora bien se sabe
que la temperatura inicial era 70°F, no -340, de modo que: ¿Qué significa 340? Se trata de una temperatura ficticia que se invento para que los datos
se ajusten a una línea recta que no lo es por completo. Pero es conveniente
que fuera la temperatura inicial real la que determinara la intersección. ¿
Cómo lograr lo anterior y todavía tener una ecuación lineal?.
En la Fig. N° 2.9 la curva real tiene una intersección en log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇0 ). La
diferencia entre esta intersección verdadera y la intersección aparente es:
𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 = log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇𝐴𝐴 ) − log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇0 )
(2.12)
De esta manera, si se conoce el valor inicial verdadero, es posible
encontrar la intersección aparente sumando esta diferencia. Si se le llama a
esta diferencia log(𝑗𝑗ℎ ), la ecuación 2.12 se convierte en:
42
log(𝑗𝑗ℎ ) = log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇𝐴𝐴 ) − log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇0 )
(2.13)
log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇𝐴𝐴 ) = log(𝑗𝑗ℎ ) + log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇0 )
(2.14)
Resolviendo la ecuación 2.13 con respecto a la intersección aparente,
log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇𝐴𝐴 ):
Se sustituye esta equivalencia en la ecuación 2.11 y se simplifica:
log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇) = log(𝑗𝑗ℎ ) + log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇0 ) −
log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇) = log[𝑗𝑗ℎ . (𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇0 )] −
1000
𝑡𝑡
𝑓𝑓ℎ
𝑡𝑡
𝑓𝑓ℎ
(2.15)
(2.16)
(T1 - TA)
(T1 - T0)
(T1 - T)
100
f = 17,5
10
1
0
10
20
30
40
Tiempo (min)
Fig. N° 2.9 Grafica característica de una curva de penetración de calor.
50
43
La ecuación 2.16 es la ecuación lineal de elección, cuya intersección se
calcula a partir de la temperatura inicial real. El único requisito es que se
cuente con alguna manera de determinar j. Para hacerlo simplifique la
ecuación 2.13 como sigue:
log(𝑗𝑗ℎ ) = log �
𝑗𝑗ℎ =
𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇𝐴𝐴
𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇0
𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇𝐴𝐴
�
𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇0
(2.17)
(2.18)
De este modo, jh es la razón de dos diferencias, una aparente y otra real.
Ambas diferencias se leen de manera directa en la gráfica semilogarítmica.
Ahora es posible determinar fh y jh para un alimento o un recipiente en
particular a partir de una serie de datos, luego utilizarlo para predecir la
rapidez de calentamiento para el mismo producto y el mismo recipiente en
situaciones con distintos valores para T0 y T1.
CURVA DE ENFRIAMIENTO
En la Fig. N° 2.10 es posible calcular los valores de fc y jc de la siguiente
manera:
Temperatura (grados F)
Tiempo de enfriamiento
Tiempo (min)
Fig. N° 2.10 Puntos sobresalientes de un perfil de temperatura durante la
porción de enfriamiento de una prueba de penetración de calor.
44
1000
(TBA - T2)
(TB - T2)
(T - T2)
100
fc = 16,5
10
1
0
10
20
30
40
50
Tiempo (min)
Fig. N° 2.11 Diferencia de temperatura contra el tiempo de enfriamiento.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Tratar el tiempo de desconexión de vapor como tiempo cero, tal
como se indica en la parte superior de la Fig. N° 2.10.
Sea T2 la temperatura del medio de enfriamiento.
Sea TB la temperatura del alimento al momento de la desconexión.
Elaborar una gráfica de (T-T2) contra tiempo sobre papel
semilogarítmico como en la Fig. N° 2.11.
Ajustar a una línea recta y determinar fc como el tiempo necesario
para que la curva de enfriamiento atraviese un ciclo logarítmico.
Sea TBA la temperatura aparente del alimento al momento de la
desconexión, como se lee como dicha línea recta.
Determinar jc y escribir la ecuación del enfriamiento.
Utilizar la ecuación resultante para predecir el tiempo y la
temperatura de enfriamiento.
45
Por consiguiente, la ecuación de la curva de enfriamiento es:
log(𝑇𝑇 − 𝑇𝑇2 ) = log[𝑗𝑗𝑐𝑐 . (𝑇𝑇𝐵𝐵 − 𝑇𝑇2 )] −
𝑡𝑡
𝑓𝑓𝑐𝑐
(2.19)
METODO DE LA FORMULA DE BALL
El siguiente paso consiste en utilizar los parámetros de penetración de
calor para diseñar o evaluar un proceso. El diseño implica determinar el
tiempo que se necesita para alcanzar cierta letalidad. La evaluación incluye
determinar la letalidad que alcanza el proceso. La deficiencia del método
general es que para cada nueva situación se necesitan datos
experimentales. Si se utiliza una autoclave nueva, cambia la temperatura
inicial del producto o cambia la temperatura de la autoclave, o bien cambia
el tamaño del envase, se necesita una nueva serie de datos experimentales.
Ball ha propuesto una fórmula para calcular la letalidad en una nueva
situación utilizando los valores de f y j obtenidos experimentalmente para
un producto particular. Este método implica utilizar la misma serie de
valores de f y j, los valores pueden utilizarse con distintas temperaturas
iniciales y temperaturas del medio de calentamiento sin necesidad de
experimentación adicional. Además, se cuenta con las fórmulas para
convertir los valores f, a fin de que se ajusten a diferentes tamaños de
envase.
Ball propuso la siguiente simplificación: la curva de temperatura de la
autoclave empieza a ascender desde el tiempo cero hasta el tiempo en que
se alcanza la temperatura de procesamiento, como se representa en la Fig.
N° 2.12A. Durante este tiempo tc “de levante”, la velocidad letal está
cambiando constantemente. Ball propuso reemplazar por otra que
pertenece a la temperatura inicial durante el 58% del tiempo de levante,
luego cambia instantáneamente a la temperatura de procesamiento total,
como se indica en la Fig. N° 2.12B. La experiencia demuestra que la
simplificación da resultados confiables.
En el método de la fórmula de Ball, se hace la suposición de que la
autoclave se halla a la temperatura de procesamiento de Ball, pero que no
hay ningún tratamiento térmico antes de que comience el procesamiento de
Ball.
46
tc
t
0,42 c
Tiempo de inicio del
proceso
A. Temperatura real de procesamiento
B. Simplificación de Ball
Fig. N° 2.12 El tiempo de levante del proceso e inicio del tiempo de
procesamiento de Ball.
Temperatura (grados F)
Para utilizar el método de Ball, se debe mover la intersección aparente al
comienzo del tiempo de procesamiento de Ball como se ilustra en la Fig.
N° 2.14.
Temperatura de la
autoclave
Temperatura
de Ball
Temperatura
del producto
0,42 tc
Fig. N° 2.13 Curva característica que muestra varios términos en el cálculo del
tiempo de procesamiento de Ball.
tc:
tiempo de levante = tiempo que se requiere para que la cámara de la
autoclave alcance la temperatura de procesamiento.
47
tp :
tiempo de procesamiento = tiempo durante el que la autoclave
mantiene la temperatura de procesamiento.
Th:
tiempo total de calentamiento = 𝑡𝑡𝑐𝑐 + 𝑡𝑡𝑝𝑝 .
procesamiento de Ball = 0,42 𝑡𝑡𝑐𝑐 + 𝑡𝑡𝑝𝑝 .
𝑡𝑡𝐵𝐵 = tiempo
de
1000
(T1 - TA)
(T1 - T0)
(T1 - T)
100
f = 17.5
10
1
0
10
20
30
40
50
Tiempo (min)
Fig.N° 2.14 Curva representativa de diferencia de temperatura contra el tiempo
que indica el comienzo del tiempo de procesamiento de Ball y el punto de
interseccion aparente de Ball.
Si se utiliza el tiempo de preocesamiento de Ball, la ecuacion de la curva
de calentamiento se convierte en:
log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇𝑏𝑏 ) = log[𝑗𝑗ℎ (𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇0 )] −
𝑡𝑡𝐵𝐵
𝑓𝑓ℎ
(2.20)
48
T1:
Temperatura del medio de calentamiento.
T0:
Temperatura inicial del alimento.
Tb:
Temperatura maxima del alimento al final del procesamiento.
tB :
Tiempo de procesamiento de Ball.
Jc se calcula utilizando la interseccion (𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇𝐴𝐴 ) con el comienzo del
tiempo de calentamiento de Ball como aparece en la Fig.N° 2.14.
Si se define 𝑔𝑔 = 𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇𝑏𝑏 = la diferencia entre la temperatura maxima del
alimento y la temperatura del medio de calentamiento (Fig. N° 2.13) la
ecuacion 2.19 se transforma en:
log(𝑔𝑔) = log[𝑗𝑗ℎ (𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇0 )] −
𝑡𝑡𝐵𝐵
𝑓𝑓ℎ
(2.21)
Empleando esta ecuacion se puede calcular g para cualquier tiempo de
procesamiento de Ball. De manera inversa, se puede calcular el tiempo de
procesamiento de Ball para cualquier g deseada con la ecuación:
𝑡𝑡𝐵𝐵 = 𝑓𝑓ℎ . log �
𝑗𝑗ℎ . (𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇0 )
�
𝑔𝑔
(2.22)
CAPITULO III.- DESARROLLO EXPERIMENTAL
3.1 PROCESO DE ELABORACIÓN
A) PREPARACION DE LA JORA
Para lo cual se debe realizar las siguientes etapas:
SELECCIÓN Y
LIMPIEZA
REMOJO
GERMINACION
SECADO O
DESHIDRATADO
Fig. Nº 3.1 Diagrama de bloques para la obtención de la jora a partir de
los granos de Maíz
Limpieza:
Eliminar las impurezas (polvo, insectos, otros granos, etc.) del maíz y
aquellos granos deteriorados.
Remojo:
Durante este proceso se consigue que los granos de maíz absorban
suficiente cantidad de agua y se ablanden por la solubilización de algunas
de sus proteínas.
Este proceso consiste en colocar los granos en recipientes plásticos
cubriéndolos enseguida con agua. El agua se cambia cada dos horas
50
durante el día y por las noches se deja sin agua. Los granos se deja sin
agua por espacio de una hora, entre cada renovación para que de esta
manera tomen oxígeno del aire.
Germinado:
El proceso de germinación se lleva en medio ambiente para lo cual se
utiliza una cámara de plástico, cuyas dimensiones son de 20x40x15 cm. A
estas muestras se les coloca encima un pedazo de tela, la cual está
sumergida, en parte, en un depósito de agua permitiendo así una
circulación lenta del agua por capilaridad. En esta etapa se controla la
longitud de las raicillas.
Secado:
Para el secado del maíz germinado, se utiliza una secadora de aire caliente
procurando mantener la temperatura de 30 a 45°C, sobre la superficie de
la jora.
Empacado:
La jora seca y desprovista de raicillas es empacada en bolsas plásticas,
debidamente selladas e identificadas.
En esta etapa se controla el cierre de la bolsa.
Almacenado:
Las bolsas de jora son almacenadas en cajas de madera a temperatura
ambiente.
B) MOLIENDA DE LA JORA Y TOSTACIÓN DE LOS GRANOS
ADJUNTOS
Una vez obtenido la jora se procede a moler y se tuestan los granos
adjuntos. El cuadro Nº 3.1 muestra la relación de los granos adjuntos y sus
cantidades para preparar chicha de jora para 15 litros.
Tostado de los granos adjuntos a 140°C
Para el tostado se necesita una cocina a gas doméstico y un tiesto
cerámico. Esta etapa se realiza en el siguiente orden y tiempo de
exposición.
51
Cuadro Nº 3.1 Lista de granos para la obtención de 15 litros de chicha
de jora
MATERIA PRIMA
JORA (Molido)
QUINUA (Tostado)
CEBADA (Tostado)
TRIGO RESBALADO (Tostado)
HABAS SIN PELAR (Tostado y molido)
CANTIDAD
(kg)
1,00
0,25
0,25
0,25
0,25
Cuadro Nº 3.2 Tostado de granos, cantidad y tiempo en el tiesto.
Granos Adjuntos
HABAS SIN PELAR
TRIGO RESBALADO
QUINUA
CEBADA
CANTIDAD
(kg)
0,25
0,25
0,25
0,25
Tiempo de
tostado
(min)
15,0
9,5
10,0
12,5
Molienda
En un molino manual se hace la molienda de la jora y las habas ya tostadas
por separado; en el caso de la jora triturar el grano procurando no destruir
las cáscaras.
C) COCCION
Agregar la jora y los granos adjuntos (tostados) a 16 litros de agua y dejar
hervir por una hora, seguidamente separar los sólidos del mosto con un
cernidor.
Debido a la evaporación y retención de agua por los sólidos se obtiene 8 a
9 litros de mosto, luego agregar agua para completar los 15 litros, dejar
hervir por 15 minutos, filtrar y agregar 250 gramos de chancaca.
Dejar enfriar hasta alcanzar la temperatura ambiente.
D) FERMENTACIÓN
Enfriado el mosto se debe filtrar para luego ser envasado en recipientes de
vidrio sellados para así evitar el ingreso de oxígeno.
Dejar fermentar por 15 días para obtener chicha de jora.
52
E) ENVASADO
Una vez fermentado la chicha de jora, agregar 200 gramos de jarabe de
azúcar por litro de chicha, seguidamente filtrar y envasar en recipientes de
250 mL debidamente esterilizadas.
F) TRATAMIENTO TERMICO
Introducir los envases con chicha de jora dentro de autoclave (potencia:
3000 W, capacidad: 40 litros y diámetro interno: 36 cm), previamente
calentado, dejar que las muestras alcancen la temperatura de
pasteurización que es de 53ªC y mantener por 15 minutos.
Finalmente enfriar en agua a temperatura ambiente.
G) ESTABILIZACION
Almacenar los envases en un ambiente fresco y sin ser expuestos
directamente a los rayos solares por 48 horas, tiempo en el cual tomará su
color final y evitara sólidos indeseables y de mal aspecto.
3.2 DISEÑO EXPERIMENTAL
VARIABLES DE CONTROL:
Materia Prima: Afecta a la fermentación según la cantidad de jora y
granos adjuntos (trigo, quinua, cebada y habas) suministrada en la
elaboración.
Siembra de Bacterias: La siembra de bacterias ácido lácticas en el mosto
se da por aporte del medio ambiente o por adición de una preparación
anterior de chicha de jora sin pasteurizar (rico en bacterias); para el último
caso el número de veces consecutivas de reúso también influye en la
fermentación.
Temperatura ambiental: Esta variable afecta la fermentación; por tal
motivo se usa un termostato para controlar la temperatura.
53
Temperatura de tratamiento térmico: La reducción de la carga
microbiana, las variaciones organolépticas y fisicoquímicas en el producto
final dependen principalmente de esta variable.
Tiempo de exposición: Variable importante, se asocia a la temperatura de
tratamiento al no controlar causa cambios en el producto final.
3.2.1 FERMENTACION DE LA CHICHA DE JORA.
MATERIALES:
•
•
•
•
Un envase de vidrio con capacidad de 4 litros
Una manguera quirúrgica
Un tubo tarado.
Dos tapones.
PROCEDIMIENTO:
•
•
•
•
•
•
•
•
Seguir todos los pasos ya mencionados en el punto 3.1 (proceso de
elaboración); hasta la etapa de cocción, agregar los granos
correspondientes al experimento y continuar con el proceso.
De requerirse, al mosto obtenido, separar y mezclar con chicha de
jora fermentada según las condiciones planteadas por el experimento
a realizar.
El mosto debe fermentar en un medio controlado (temperatura
20ºC).
Relacionar el comportamiento de la fermentación con la obtención
de gas producto derivado de la misma. Para lo cual, usar equipo
capaz de capturar y medir el gas resultante (Fig. Nº 3.2 y 3.3).
Las mediciones son dadas mediante un diagrama de control:
Volumen de gas obtenido versus tiempo de fermentación.
Cuando la trampa de agua se encuentra llena con el volumen del gas,
tener cuidado al reemplazar.
Realizar comparación entre el Experimento A, B y C, con el fin de
analizar el comportamiento de la fermentación variando los
ingredientes de la materia prima.
Realizar comparación entre el experimento C, D y E, con el fin de
analizar el comportamiento de la fermentación al variar la
proporción de la siembra de bacterias mediante adición de chicha sin
pasteurizar (primer reúso).
54
•
Realizar comparación entre el experimento E y F, con el fin de
analizar el comportamiento de la fermentación teniendo como
variable el número de reúso.
Fig. N° 3.2 Equipo de fermentación
Fig. N° 3.3 Equipo para medir flujo de gas
Cuadro Nº 3.3 Lista de materia prima de los experimentos A, B y C; el
experimento C es la fórmula original planteado para el trabajo de
investigación.
MATERIA PRIMA
Jora (kg)
Trigo resbalado (kg)
Quinua (kg)
Cebada (kg)
Habas (kg)
A
2,00
-
EXPERIMENTO
B
1,00
0,35
0,35
0,35
-
C
1,00
0,25
0,25
0,25
0,25
55
Experimento D:
Usar como materia prima la lista dada para el Experimento C, realizar el
primer reúso de la chicha obtenida del experimento C para la siembra de
bacterias en una proporción de volumen al 9% del total; para lo cual, al
mosto obtenido separar 2730 mL y mezclar con 270 mL de chicha de jora
fermentada.
Experimento E:
Usar como materia prima la lista dada para el Experimento C, realizar el
primer reúso de la chicha obtenida del experimento C para la siembra de
bacterias en una proporción de volumen al 17% del total; para lo cual, al
mosto obtenido separar 2410 mL y mezclar con 510 mL de chicha de jora
fermentada.
Experimento F:
Usar como materia prima la lista dada para el Experimento C, realizar el
segundo reúso proveniente de la chicha del experimento C para la siembra
de bacterias en una proporción de volumen al 17% del total; para lo cual,
al mosto obtenido separar 2410 mL y mezclar con 510 mL de chicha de
jora fermentada del experimento E.
3.2.2 ANALISIS DEL TRATAMIENTO TERMICO.
Usar la chicha de jora fermentada del experimento C; las temperaturas a
trabajar para el tratamiento térmico son: 46, 48, 50, 52, 53, 55, 60, 65 y
70°C y a diferentes tiempos de exposición.
MATERIALES
•
•
•
•
Autoclave (Acero inoxidable, capacidad: 40 L, presión: 40 Psi).
Termómetro Digital.
6 muestras de chicha de jora del experimento C en botellas de vidrio
esterilizadas de 200 mL herméticamente selladas para evitar
contaminación.
Equipo de materiales para realizar la evaluación microbiológico de
las bacterias acido lácticas (apéndice 1).
56
PROCEDIMIENTO
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Mantener la temperatura interna de autoclave a 80ºC por 5 minutos y
luego apagar.
Tomar una de las muestras e instalar dentro de ella el termómetro
digital, asegurar que el sensor llegue a la porción del envase que
toma más tiempo en calentar (zona fría).
Introducir todas las muestras a la autoclave y asegurar el correcto
sellado de las tapas.
Encender la autoclave y controlar la temperatura interna de las
muestras con el termómetro digital hasta alcanzar la temperatura
deseada (46, 48, 50, 52, 53, 55, 60, 65 y 70°C).
Una vez alcanzada la temperatura de tratamiento apagar la autoclave
y proceder a mantener dicha temperatura constante en el tiempo con
una variación máxima de ±0,5ºC.
Retirar la primera muestra al momento de alcanzar la temperatura de
tratamiento, la segunda muestra cinco minutos después, así
sucesivamente cada cinco minutos hasta terminar las muestras.
Rotular las muestras según van saliendo de autoclave, colocar fecha,
temperatura de tratamiento y tiempo de exposición.
Enfriar las muestras retiradas con agua a temperatura ambiente por
10 minutos.
Finalmente proceder a realizar el método de análisis para la
evaluación microbiológico de las bacterias acido lácticas de dichas
muestras (apéndice 1).
Con los datos obtenidos del análisis microbiológico realizar los
cálculos correspondientes para determinar las constantes de
destrucción térmica (Kd) y el valor de termorreducción (Z).
3.2.3 PRUEBAS DE PENETRACION DE CALOR Y DISEÑO DEL
PROCESO TERMICO
MATERIALES
•
•
•
Autoclave (Acero inoxidable, capacidad: 40 L, presion: 40 Psi).
Termómetro Digital.
6 muestras en botellas de vidrio esterilizadas de 200 mL de chicha de
jora del experimento C.
57
PROCEDIMIENTO
•
•
•
•
•
•
Tomar una de las muestras e instalar dentro de ella el termómetro
digital, asegurarse que el sensor llegue a la zona fría de la muestra.
Introducir todas las muestras a la autoclave, asegurar el correcto
sellado de las tapas.
Encender la autoclave, registrar cada minuto la temperatura interna
de las muestras con el termómetro digital y la temperatura de la
autoclave.
Una vez alcanzada la temperatura de la autoclave a 60°C apagar y
esperar hasta que la temperatura interna de la muestra alcance los
55°C.
Retirar las muestras y enfriar en agua a temperatura ambiente.
Registrar las temperaturas internas cada minuto en el proceso de
enfriamiento.
3.3 EVALUACION SENSORIAL
Luego de realizar el tratamiento térmico a la chicha de jora esta sufre
cambios en sus propiedades sensoriales por efecto de la temperatura, el
presente análisis es para analizar si aún después de estos tratamientos es
posible mantener cierto grado de satisfacción en sus principales
propiedades.
Para el análisis sensorial se usa chicha de jora del experimento C, que es la
fórmula original planteada para el trabajo de investigación.
La evaluación está constituida por dos procesos definidos según su
función: análisis sensorial y análisis estadístico.
ANALISIS SENSORIAL
El análisis sensorial puede ser definido como el método experimental
mediante el cual los jueces perciben y califican, caracterizando y/o
mesurando, las propiedades sensoriales de muestras adecuadamente
presentadas.
Pruebas Afectivas: Las pruebas afectivas son aquellas en las cuales el
juez expresa su reacción subjetiva ante el producto, indicando si le gusta o
le disgusta, si lo acepta o lo rechaza, o si lo prefiere respecto a otro.
58
ANALISIS ESTADISTICO
Categorización cuantitativa relativa: En este tipo de análisis se requiere
presentar al jurado una escala dimensionada relativa para: Textura, dulzor
y acidez.
PROPIEDADES ORGANOLEPTICAS
Color: Esta propiedad es la percepción de la luz de una cierta longitud de
onda reflejada por un objeto.
Aroma: Es la sensación causada por la percepción de sustancias olorosas
de un alimento que es puesto en la boca, además es el principal
componente del sabor.
Textura: Propiedad sensorial de los alimentos que se detecta por los
sentidos del tacto, la vista y el oído, se manifiesta cuando el alimento sufre
una deformación. Cuando se trata de alimentos líquidos se refiere a la
viscosidad y consistencia.
Sabor: El sabor resulta de la combinación de cuatro propiedades: olor,
aroma, gusto y textura.
Dulzor: Se percibe por las papilas gustativas ubicadas en la punta de la
lengua.
Acidez: Se percibe por las papilas gustativas ubicadas a los costados de la
lengua.
MATERIALES
•
•
•
•
Chicha de jora del experimento C con tratamiento térmico 53ºC y 20
minutos de exposición.
Vasos descartables.
Ficha de evaluación sensorial (Apéndice 2).
Lapiceros.
PROCEDIMIENTO
•
Preguntar al panelista cuantas veces consume chicha de jora al mes,
de consumir dicha bebida más de una vez al mes se considera como
consumidor habitual.
59
•
•
•
De ser consumidor habitual, entregar al panelista la ficha de
evaluación sensorial.
Asegurar que el panelista lea las instrucciones de la ficha.
Entregar muestra de chicha de jora en un vaso.
CAPITULO IV.- RESULTADOS Y DISCUSIONES
4.1 ANALISIS DE LA FERMENTACION DE LA CHICHA DE JORA.
Avance de la fermentación (experimentos A, B y C).
En el experimento C la formación de gas se inicia a partir del segundo día,
mientras que la producción en el experimento B al cuarto día y en el
experimento A en el quinto, debido a que la bacteria necesita de un tiempo
de adaptación en el medio de cultivo y aumentar la carga microbiana
(periodo de inducción); como resultado se obtiene el menor periodo de
inducción para el experimento C (Fig. Nº 4.1).
1800
1600
VOLUMEN DE GAS ( mL )
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
TIEMPO (días)
EXP. A
EXP. B
EXP. C
Fig. Nº 4.1 Avance de fermentación de los experimentos A, B y C.
Se produce mayor cantidad de gas en el experimento C durante todo el
proceso, de manera significativa respecto a los otros dos, resultado de la
alta velocidad de gas liberado especialmente en los primeros 4 días (Fig.
Nº 4.2).
61
El experimento B al inicio obtiene mayor volumen de gas acumulado que
el experimento A, pero a medida que pasa los días su velocidad comienza
a disminuir todo lo contrario que con el experimento A (Fig. Nº 4.2) del
cual la velocidad comienza a aumentar a tal punto que a partir del día 14 el
volumen es mayor y sigue creciendo mientras que el experimento B se
detiene, finalmente el experimento A forma más volumen acumulado que
B, lo que afirma que a mayor cantidad de jora mayor producción.
Se esperaba que el experimento C tenga menor volumen acumulado que
los demás experimentos debido a la presencia de proteínas sulfatadas como
la cistina presente en las habas; sin embargo, el volumen obtenido es
mucho mayor que los demás, esto debido a que los sulfuros a bajas
concentraciones actúan como catalizadores para la fermentación.
300
250
200
mL
150
día
100
50
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
TIEMPO (días)
EXP. A
EXP. B
EXP. C
Fig. Nº 4.2 Velocidad de fermentación de los experimentos A, B y C.
La velocidad máxima en el experimento C es 290 mL/día en el día cuatro,
con un volumen acumulado de 1600 mL; en el experimento B la velocidad
máxima es 70,5 mL/día en el día seis con un volumen acumulado de 400
mL; finalmente en el experimento A la velocidad máxima es de 100
mL/día a partir del día veintiuno con un volumen acumulado de 1140 mL.
Avance de la fermentación (experimentos C, D y E).
El inicio de la fermentación en los tres casos, empieza a partir del tercer
día, se deduce que el periodo de inducción es de dos días (Fig. Nº 4.3).
62
3000
VOLUMEN DE GAS ( mL )
2500
2000
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
TIEMPO (días)
EXP. C
EXP. D
EXP. E
Fig. Nº 4.3 Avance de fermentación de los experimentos C, D y E.
Se produce mayor cantidad de gas en el experimento E durante casi todo el
proceso, a excepción de los primeros días en que con el experimento C
tienen un proceso parecido; finalmente el orden del experimento que más
formación de gas obtuvo es el siguiente: experimento E seguido muy de
lejos por el experimento D y finalmente sin mucha diferencia el
experimento C; por lo tanto se afirma que a mayor proporción de adición
de cultivo de bacterias mayor producción.
La máxima velocidad de formación se da entre el cuarto y sexto día para
los tres casos, siendo el pico más alto en el experimento E con velocidad
955 mL/día en el quinto día (Fig. Nº 4.4).
El sembrado de bacterias mediante adición de chicha fermentada en los
experimentos D y E, presenta en los primeros días como característica
mucha actividad y logran terminar su proceso en poco tiempo
aproximadamente al día 11.
Se observa que el experimento D obtiene el mismo volumen de gas
comparado con el experimento C; sin embargo, el tiempo de fermentación
es menor lo cual es una ventaja. Por otro lado, en el experimento E se
obtiene los mejores resultados en volumen y tiempo de fermentación.
63
1.000
900
800
700
600
mL
500
día
400
300
200
100
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
TIEMPO (días)
EXP. E
EXP. D
EXP. C
Fig. Nº 4.4 Velocidad de fermentación de los experimentos C, D y E.
Avance de la fermentación de los experimentos E y F.
Al igual que en el avance anterior el periodo de inducción es de dos días
en el experimento F (Fig. Nº 4.5).
El mayor número de reúsos consecutivos de las bacterias afecta el
rendimiento y producción de la chicha de jora, obteniéndose menores
resultados a mayor número de reúso como lo demuestra el experimento F
comparado con el experimento E.
La velocidad de formación de gas liberado del Experimento F es lento, por
lo que el tiempo de fermentación se prolonga, el pico más alto se da en el
día cinco con 318 mL/día.
4.2 TRATAMIENTO TERMICO.
a) Tratamiento térmico a 46ºC
Las muestras del experimento C son sometidos a tratamiento térmico a
46ºC y diferentes tiempos de exposición, el cuadro Nº 4.1 muestra el
análisis microbiológico de bacterias ácido lácticas por mililitro de solución
con respecto al tiempo de sometimiento a tratamiento térmico de 46ºC.
3000
VOLUMEN DE GAS ( mL )
2500
2000
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
TIEMPO (días)
Exp. E
Exp. F
Fig. Nº 4.5 Avance de fermentación de los experimentos E y F.
mL
día
1.000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
TIEMPO (días)
EXP. E
EXP. F
Fig. Nº 4.6 Velocidad de fermentación de los experimentos E y F.
65
Cuadro Nº 4.1 Relación del tiempo con respecto a la carga microbiana
46ºC.
TIEMPO
(min)
N
LOG (N/N0)
(ufc / mL)
0
3x1011
0,0
5
10
-0,7
6x10
9
10
6,4x10
-1,7
15
9
-2,0
20
3x10
8
-3,0
2,7x10
𝑁𝑁
𝑘𝑘𝑘𝑘
Con respecto a la formula dada 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑁𝑁 = − 2,3 . 𝑡𝑡 la pendiente obtenida de
0
la Fig. Nº 4.7 es comparada y se obtiene la constante cinética de muerte
térmica (kd) a 46°C es igual a 0,34 min-1.
𝑁𝑁
1
Con respecto a la formula dada 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑁𝑁 = − 𝐷𝐷 . 𝑡𝑡 la pendiente obtenida es
0
comparada y se obtiene el tiempo de reducción decimal (D) a 46ºC es igual
a 6,76 min.
0,0
-0,5
LOG ( N / N 0 )
-1,0
-1,5
-2,0
y = -0,1479x - 0,0046
R² = 0,9831
-2,5
-3,0
-3,5
0
5
10
15
20
TIEMPO (minutos)
Fig. Nº 4.7 Supervivencia a temperatura constante 46ºC.
25
66
b) Tratamiento térmico a 48ºC
Las muestras del experimento C son sometidos a tratamiento térmico de
48ºC y diferentes tiempos de exposición, el cuadro Nº 4.2 muestra el
análisis microbiológico de bacterias ácido lácticas por mililitro de solución
con respecto al tiempo de sometimiento a tratamiento térmico de 48ºC.
Cuadro Nº 4.2 Relación del tiempo con respecto a la carga microbiana
48ºC.
TIEMPO
(min)
0
5
10
15
20
N
LOG (N/N0)
(ufc / mL )
2x1013
0,0
12
-0,7
3,8x10
11
-2,3
10
-3,3
8
-4,6
1x10
1x10
53x10
𝑁𝑁
𝑘𝑘𝑘𝑘
Con respecto a la formula dada 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑁𝑁 = − 2,3 . 𝑡𝑡 la pendiente obtenida es
0
comparada y se obtiene la constante cinética de muerte térmica (kd) a
48ºC es igual a 0,54 min-1 (Fig. Nº 4.8).
𝑁𝑁
1
Con respecto a la formula dada 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑁𝑁 = − 𝐷𝐷 . 𝑡𝑡 la pendiente obtenida es
0
comparada y se obtiene el tiempo de reducción decimal (D) a 48ºC es igual
a 4,26 min (Fig. Nº 4.8).
1,0
LOG ( N / N 0 )
0,0
-1,0
-2,0
-3,0
y = -0,2347x + 0,168
R² = 0,9906
-4,0
-5,0
0
5
10
15
20
25
TIEMPO (minutos)
Fig. Nº 4.8 Supervivencia a temperatura constante 48ºC.
67
Cuadro Nº 4.3 Relación del tiempo con respecto a la carga microbiana
50ºC.
TIEMPO
(min)
N
LOG (N/N0)
(ufc / mL)
0
5x109
0,0
5
7
-2,7
5
-4,7
4
-5,7
2
-7,2
10
15
20
1x10
1x10
1x10
3x10
0,0
-1,0
LOG ( N / N 0 )
-2,0
-3,0
-4,0
-5,0
-6,0
y = -0,3489x - 0,575
R² = 0,9682
-7,0
-8,0
0
5
10
15
20
25
TIEMPO (minutos)
Fig. Nº 4.9 Supervivencia a temperatura constante 50ºC.
𝑁𝑁
𝑘𝑘𝑘𝑘
Con respecto a la formula dada 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑁𝑁 = − 2,3 . 𝑡𝑡 la pendiente obtenida es
0
comparada y se obtiene la constante cinética de muerte térmica (kd) a
50ºC es igual a 0,80 min-1(Fig. Nº 4.9)
𝑁𝑁
1
Con respecto a la formula dada 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑁𝑁 = − 𝐷𝐷 . 𝑡𝑡 la pendiente obtenida es
0
comparada y se obtiene el tiempo de reducción decimal (D) a 50ºC es
igual a 2,87 min.
68
c) Tratamiento Térmico a 52ºC
Las muestras del experimento C son sometidos a tratamiento térmico de
52ºC en diferentes tiempos, el cuadro Nº 4.4 muestra el análisis
microbiológico de bacterias ácido lácticas por mililitro de solución con
respecto al tiempo de sometimiento a tratamiento térmico de 52ºC.
Cuadro Nº 4.4 Relación del tiempo con respecto a la carga microbiana
52ºC.
TIEMPO
(min)
N
LOG (N/N0)
(ufc / mL )
2x107
0
0,0
5
5
7,6x10
-1,4
3
-4,3
-5,6
-
10
15
20
1x10
50
0
𝑁𝑁
𝑘𝑘𝑘𝑘
Con respecto a la formula dada 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑁𝑁 = − 2,3 . 𝑡𝑡 la pendiente obtenida es
0
comparada y se obtiene la constante cinética de muerte térmica a (kd) 52ºC
es igual a 0,91 min-1 (Fig. Nº 4.10).
1,0
0,0
LOG ( N / N 0 )
-1,0
-2,0
-3,0
-4,0
-5,0
y = -0,3937x + 0,1222
R² = 0,9765
-6,0
-7,0
0
2
4
6
8
10
12
14
TIEMPO (minutos)
Fig. Nº 4.10 Supervivencia a temperatura constante 52ºC.
16
69
𝑁𝑁
1
Con respecto a la formula dada 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑁𝑁 = − 𝐷𝐷 . 𝑡𝑡 la pendiente obtenida es
0
comparada y se obtiene el tiempo de reducción decimal (D) a 52ºC es igual
a 2,54 min.
d) Tratamiento térmico a 53ºC
Las muestras del experimento C son sometidos a tratamiento térmico de
53ºC en diferentes tiempos, el cuadro Nº 4.5 muestra el análisis
microbiológico de bacterias ácido lácticas por mililitro de solución con
respecto al tiempo de sometimiento a tratamiento térmico de 53ºC.
Cuadro Nº 4.5 Relación del tiempo con respecto a la carga microbiana
53ºC.
TIEMPO
(min)
N
LOG (N/N0)
(ufc / mL )
0
5
10
15
20
4x106
0,0
3
-3,3
-4,9
-
2x10
50
0
0
0,0
LOG ( N / N 0 )
-1,0
-2,0
-3,0
-4,0
y = -0,4903x - 0,2832
R² = 0,9615
-5,0
-6,0
0
2
4
6
8
10
TIEMPO (minutos)
Fig. Nº 4.11 Supervivencia a temperatura constante 53ºC.
12
70
𝑁𝑁
𝑘𝑘𝑘𝑘
Con respecto a la formula dada 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑁𝑁 = − 2,3 . 𝑡𝑡 la pendiente obtenida es
0
comparada y se obtiene la constante cinética de muerte térmica (kd) a 53ºC
es igual a 1,13 min-1 (Fig. Nº 4.11).
𝑁𝑁
1
Con respecto a la formula dada 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑁𝑁 = − 𝐷𝐷 . 𝑡𝑡 la pendiente obtenida es
0
comparada y se obtiene el tiempo de reducción decimal (D) a 53ºC es igual
a 2,04 min.
Tratamientos Térmicos a diferentes temperaturas y tiempos de
exposición.
Se observa que en el tratamiento a 55ºC solo hay dato en el tiempo 0, esto
debido que luego de cinco minutos de tratamiento ya no hay más
microorganismos presentes.
Para los demás experimentos para cuando alcanzan la temperatura de
exposición la carga microbiana ya fue destruida.
Cuadro Nº 4.6 Resultados microbiológicos de bacterias ácido lácticas a
tratamientos térmicos de 55, 60, 65 y 70ºC.
TEMPERATURA DE TRATAMIENTO TERMICO
TIEMPO
(min)
0
5
10
15
20
55ºC
N
(ufc / mL )
5000
0
0
0
0
60ºC
N
(ufc / mL )
0
0
0
0
0
65ºC
N
(ufc / mL )
0
0
0
0
0
70ºC
N
(ufc / mL )
0
0
0
0
0
4.2.1 CORRELACION DE LA kd VS TEMPERATURA
De las constantes cinéticas de muerte térmica obtenidas a diferentes
temperaturas se obtiene.
71
Cuadro Nº 4.7 Constantes cinéticas de muerte térmica obtenidas a diferentes
temperaturas
TEMPERATURA
(ºC)
46
48
50
52
53
kd
0,34
0,54
0,80
0,91
1,13
Tomando logaritmo a la ecuación de Arrhenius (ecuación 2.5) se obtiene:
𝐿𝐿𝐿𝐿(𝑘𝑘𝑑𝑑 ) = 𝐿𝐿𝐿𝐿(𝑘𝑘∞ ) −
𝐸𝐸𝑎𝑎 1
𝑅𝑅
. 𝑇𝑇
Entonces se correlaciona Ln(kd) versus la inversa de la temperatura:
Cuadro Nº 4.8 Relación de la inversa de la temperatura con respecto al
logaritmo decimal de la constante cinética de muerte térmica.
1/T
0,0217
0,0208
0,0200
0,0192
0,0189
Ln (kd)
-1,08
-0,62
-0,22
-0,10
0,12
0,20
0,00
Ln ( kd )
-0,20
-0,40
-0,60
-0,80
-1,00
-1,20
0,0185
y = -398,95x + 7,6536
R² = 0,9745
0,0190
0,0195
0,0200
0,0205
0,0210
0,0215
0,0220
1/T
Fig. Nº 4.12 Correlación de de la inversa de la temperatura con respecto
a la constante cinética de muerte térmica.
72
Por lo tanto:
R
=
1,987 cal/(mol.°C)
Ea/R
=
398,94 °C
Ea
=
792,71 cal/mol
Ln(k∞)
=
7,65
k∞
=
2108,32 min-1
е
=
2,71828
La ecuación resultante es: 𝑘𝑘𝑑𝑑 = 2108,32. 𝑒𝑒 −
398,94
𝑇𝑇
4.2.2 CORRELACION DE LA D VS TEMPERATURA Y LA
CONSTANTE DE LA TERMORRESISTENCIA (Z)
Cuadro Nº 4.9 Tiempos de reducción decimal (D) obtenidas a diferentes
temperaturas
TEMPERATURA
(ºC)
46
48
50
52
53
Dado que
1
D
LOG(D)
6,76
4,26
2,87
2,54
2,04
0,83
0,63
0,46
0,40
0,31
𝐸𝐸𝑎𝑎
𝑘𝑘
= 2,3𝑑𝑑 , se deduce que 𝐷𝐷 = 𝐷𝐷∞ . 𝑒𝑒 𝑅𝑅𝑅𝑅
𝐷𝐷
Entonces se correlaciona Log(D) versus la temperatura:
Por lo tanto:
Sabiendo que
𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(𝐷𝐷)−𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(𝐷𝐷𝑇𝑇𝑇𝑇 )
(𝑇𝑇−𝑇𝑇𝑅𝑅 )
1
= − 𝑍𝑍 = −𝑚𝑚
de la ecuación
Comparando de la gráfica TDT se obtiene m=1/Z=1/14,2
(2.7)
73
0,90
0,80
0,70
LOG ( D )
0,60
0,50
0,40
y = -0,0706x + 4,0413
R² = 0,9641
0,30
0,20
0,10
0,00
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
TEMPERATURA (ºC)
Fig. Nº 4.13 Gráfico TDT: Correlación de la temperatura con respecto
al Tiempo de reducción decimal (D).
Como resultado se obtiene la termorresistencia (z) el valor de 14,2 para
las bacterias ácido lácticas presentes en la chicha de jora.
4.3 DISEÑO DEL PROCESO TERMICO CON EL METODO DE LA
FORMULA DE BALL
4.3.1 CALCULO DE LOS PARAMETROS DE RESPUESTA A LA
TEMPERATURA (fh)
T1: Temperatura del medio de calentamiento o temperatura de
procesamiento (60ºC).
T0: Temperatura inicial del producto (19,4ºC).
Cuadro Nº 4.10 Datos obtenidos para la prueba de penetración de calor
al calentar
TEMPERATURA TEMPERATURA
Diferencia
AUTOCLAVE DE LA CHICHA
T1-T
T (ºC)
TR (ºC)
TIEMPO
(minutos)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
22
24
27
34
42
50
60
62
61
60
60
19,4
19,4
20,2
22,7
27,1
33,3
40,6
48,5
52,5
54,6
55,3
40,6
40,6
39,8
37,3
32,9
26,7
19,4
11,5
7,5
5,4
4,7
2.5
LOG ( T1 - T )
2
1.5
1
fh = 31
0.5
0
0
10
20
30
40
50
TIEMPO (minutos)
Fig. Nº 4.14 Curva de penetración de calor para la chicha de jora
75
4.3.2 CALCULO DEL FACTOR DE RETRASO (jh)
70
tc =28,5 min
Temperatura (ºC)
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
TIEMPO (minutos)
Fig. Nº 4.15 Curva de la temperatura real en la cámara de la autoclave
tc: Tiempo de levante, tiempo para que la cámara de la autoclave alcance la
temperatura de procesamiento (28,5 minutos).
70
Temperatura (ºC)
60
50
40
0,42tc
30
20
10
0
0
10
20
30
40
TIEMPO (minutos)
Fig. Nº 4.16 Simplificación de Ball
50
76
70
tc
tp
T1
Temperatura (ºC)
60
T0
g
50
40
Temperatura de la
Autoclave
30
Temperatura de la
Chicha de Jora
20
Temperatura de Ball
10
0,42tc
tb
0
0
10
20
30
40
50
TIEMPO (minutos)
Fig. Nº 4.17 Curva característica que muestra varios términos en el
cálculo de procesamiento de Ball.
La Fig. Nº 4.18 muestra la curva representativa de logaritmo de la
diferencia de temperatura contra el tiempo que indica el inicio del tiempo
de procesamiento de Ball y el punto de intersección aparente de Ball.
3
Log (T1-TA)
LOG ( T1 - T )
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
5
10
Comienzo del tiempo de
procesamiento de Ball
15
20
25
30
35
40
45
50
TIEMPO (minutos)
Fig. Nº 4.18 Punto de intersección aparente de Ball.
55
77
.TA: Temperatura aparente de Ball
T1 − TA
101,6808
jh =
=
= 1,18
T1 − T0 60 − 19,4
Reemplazando los valores de fh y jh en la ecuación 2.14, obtenemos:
log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇) = log[1,18. (𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇0 )] +
𝑡𝑡
31
4.3.3 CALCULO DE LOS PARAMETROS DE RESPUESTA A LA
TEMPERATURA (fc).
Cuadro Nº 4.11 Datos obtenidos para la prueba de penetración de calor al
enfriar
TIEMPO
(min)
0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
TEMPERATURA
TEMPERATURA
MEDIO DE
ALIMENTO
ENFRIAMIENTO
T (ºC)
T2 (ºC)
23,6
55,3
23,6
44,6
23,6
38,6
23,6
36,0
23,6
33,4
23,6
31,8
23,6
30,4
23,6
29,2
23,6
28,0
23,6
27,2
Diferencia
T-T2
(ºC)
log
31,7
21,0
15,0
12,4
9,8
8,2
6,8
5,6
4,4
3,6
1,501
1,322
1,176
1,093
0,991
0,914
0,833
0,748
0,643
0,556
T2: Temperatura del medio de enfriamiento (23,6ºC).
TB: Temperatura del alimento al momento de la desconexión (55,3ºC).
78
1.600
LOG ( TBA - T2 )
1.400
LOG ( T - T2 )
1.200
1.000
0.800
0.600
0.400
fc = 10,68
0.200
0.000
0
2
4
6
8
10
12
TIEMPO (minutos)
Fig. Nº 4.19 Curva de penetración de calor de enfriamiento para la
chicha de jora
4.3.4 CALCULO DEL FACTOR (jc)
TBA − T2
101,4834
jc =
=
= 0,96
TB − T2
55,3 − 23,6
Reemplazando los valores de fh y jh en la ecuación 2.17, obtenemos:
NOTA
log(𝑇𝑇 − 𝑇𝑇2 ) = log[0,96(𝑇𝑇𝐵𝐵 − 𝑇𝑇2 )] +
𝑡𝑡
10,68
Las pruebas de comparación de penetración de calor entre datos reales y
los estimados se pueden observar en el apéndice 3.
4.4 ANALISIS SENSORIAL DE LA CHICHA DE JORA
Para el análisis sensorial se usa la chicha de jora con tratamiento térmico
de 53ºC y 20 minutos de exposición (F=20), el cual a estas condiciones se
produce mayor grado de destrucción térmica microbiana con respecto al
experimento de 53ºC y 15 minutos (F=15).
79
El análisis sensorial se realizó con un panel de 38 personas consumidores
habituales de chicha de jora, en la los distritos de Villa el Salvador, Villa
María del Triunfo y Santiago de Surco, como consecuencia se obtuvo las
siguientes caracterizaciones ver Fig. N° 4.20 y Fig. N° 4.21.
FEMENINO
66%
MASCULINO
34%
Fig. N° 4.20 Caracterización del panel de degustación por género.
<35-50 años>
24%
Mayores de
50 años
34%
<20-35 años>
42%
Fig. N° 4.21 Caracterización del panel de degustación por edad.
4.4.1 PRUEBAS AFECTIVAS
a) COLOR
Ante la pregunta si asocian el color de la muestra con la chicha de jora, el
84% de los juicios fueron positivas y el 16% restante negativa ver Fig. N°
4.22.
80
Entre los juicios que no asocian el color de la chicha, se sugiere que el
color sea más claro; el color de los sólidos suspendidos son una
combinación de tonos blancos y amarillos, por lo tanto, al ser retirados por
filtración el color de la chicha se oscurece pero es transparente; otro
motivo del oscurecimiento se debe al pardeamiento no enzimático debido
al tratamiento térmico; sin embargo los juicios positivos indica claramente
su aceptación.
SI
84%
NO
16%
Fig. N° 4.22 Resultados de la prueba afectiva de color.
b) AROMA
Ante la pregunta si identifica el aroma a chicha de jora el 92% de los
juicios fueron positivos y el 8% restante negativo.
SI
92%
NO
8%
Fig. N° 4.23 Resultados de la prueba afectiva de aroma.
81
c) SABOR
Ante la pregunta de cómo considera el sabor de la chicha de jora dada
como muestra el 84% de los juicios es aceptable y el 16% no aceptable.
Se atribuye algunas razones de cuyos juicios fueron negativas, debe ser
espeso, con presencia de sólidos suspendidos y falta dulce.
ACEPTABLE
84%
NO
ACEPTABLE
16%
Fig. N° 4.24 Resultados de la prueba afectiva de sabor.
4.4.2 CATEGORIZACION CUANTITATIVA RELATIVA
La prueba de hipótesis es una técnica estadística que consiste en aceptar o
rechazar un valor o valores de los parámetros propuestos y este
procedimiento se basa en la información de una muestra aleatoria.
Para la prueba de hipótesis, las premisas de textura, dulzor y acidez son
propuestas en base a la experiencia de uno de los investigadores del trabajo
como degustador en industrias alimentarias y como consumidor habitual
de chicha de jora.
Definición de variables:
H0 : Hipótesis sometida a prueba.
H1 : Hipótesis alternativa.
µ : Media poblacional.
α : Nivel de significación.
82
x� : Promedio muestral.
a) TEXTURA
Se parte de la premisa que la media de la textura es de escala 3
(ligeramente aguado), con un nivel de confianza del 99%.
Datos:
Cuadro Nº 4.12 Escala dimensionada relativa con respecto a la textura
y número de juicios.
ESCALA
1
2
3
4
5
6
7
DESCRIPCION
Muy aguado
Moderadamente Aguado
Ligeramente aguado
Ni aguado ni espeso
Ligeramente espeso
Moderadamente espeso
muy espeso
Total
NUMERO DE JUICIOS
5
10
13
8
2
0
0
38
TEXTURA
NUMERO DE JUICIOS
14
12
10
8
6
4
2
0
1
2
3
4
ESCALA
Fig. N° 4.25 Respuesta de textura.
5
83
Solución:
1.
2.
3.
H0 : µ=3 y H1 : µ≠3
α = 0,01
Se asume que la muestra tiene una distribución normal.
∑𝑛𝑛1 𝑥𝑥𝑖𝑖
𝑥𝑥̅ =
𝑛𝑛
𝑆𝑆𝑥𝑥2 =
𝑥𝑥̅ = 2,8
∑𝑛𝑛1(𝑥𝑥𝑖𝑖 − 𝑥𝑥̅ )2
𝑛𝑛
𝑆𝑆𝑥𝑥2 = 1,17
Debido a que n es mayor a 30, entonces:
𝑥𝑥̅ es 𝑁𝑁(3;
4.
5.
𝜎𝜎𝑥𝑥2 ≈ 𝑆𝑆𝑥𝑥2
1,17
38
)
𝑥𝑥̅ −𝜇𝜇
Luego 𝑍𝑍 = 𝜎𝜎⁄
√𝑛𝑛
es N(0;1)
Región Crítica: 𝑍𝑍 < −𝑧𝑧𝛼𝛼⁄2 = 2,58 y 𝑍𝑍 < 𝑧𝑧𝛼𝛼⁄2 = 2,58 o
𝑅𝑅. 𝐴𝐴 = < −2,58; 2,58 >
Cálculo de 𝑥𝑥̅ . De los datos 𝑥𝑥̅ = 2,8 , y 𝜎𝜎 2 = 1,17, luego
𝑍𝑍 =
6.
𝑥𝑥̅ − 𝜇𝜇
𝜎𝜎⁄√𝑛𝑛
=
2,9 − 3
1,08/√38
= −1,2
Conclusión: Puesto que Z= -1,2 Є R.A, aceptamos H0; es decir se
acepta que la textura es ligeramente aguado.
b) DULZOR
Se parte de la premisa que la media del dulzor de la chicha de jora es de
escala 2 (ligeramente dulce) con un nivel de confianza del 99%.
84
Datos:
Cuadro Nº 4.13 Escala dimensionada relativa con respecto al dulzor y
número de juicios.
ESCALA
1
2
3
4
5
6
7
DESCRIPCION
Ausencia de dulce
Ligeramente dulce
Dulce
Moderadamente dulce
Bastante dulce
Muy dulce
Extremadamente dulce
Total
NUMERO DE JUICIOS
7
17
6
8
0
0
0
38
Solución:
1.
H0 : µ=2 y H1 : µ≠2
2.
α = 0,01
NUMERO DE JUICIOS
DULZOR
20
15
10
5
0
1
2
ESCALA
3
Fig. N° 4.26 Respuesta al dulce.
4
85
3.
Se asume que la muestra tiene una distribución normal.
∑𝑛𝑛1 𝑥𝑥𝑖𝑖
𝑥𝑥̅ =
𝑛𝑛
𝑆𝑆𝑥𝑥2 =
𝑥𝑥̅ = 2,4
∑𝑛𝑛1(𝑥𝑥𝑖𝑖 − 𝑥𝑥̅ )2
𝑛𝑛
𝑆𝑆𝑥𝑥2 = 1,03
Debido a que n es mayor a 30, entonces:
𝑥𝑥̅ es 𝑁𝑁(2;
4.
5.
6.
𝜎𝜎𝑥𝑥2 ≈ 𝑆𝑆𝑥𝑥2
1,03
38
)
𝑥𝑥̅ −𝜇𝜇
Luego 𝑍𝑍 = 𝜎𝜎⁄
√𝑛𝑛
es N(0;1)
Región Crítica: 𝑍𝑍 < −𝑧𝑧𝛼𝛼⁄2 = 2,58 y 𝑍𝑍 < 𝑧𝑧𝛼𝛼⁄2 = 2,58 o
𝑅𝑅. 𝐴𝐴 = < −2,58; 2,58 >
Cálculo de 𝑥𝑥̅ . De los datos 𝑥𝑥̅ = 2,8 , y 𝜎𝜎 2 = 1,17, luego
𝑍𝑍 =
𝑥𝑥̅ − 𝜇𝜇
𝜎𝜎⁄√𝑛𝑛
=
2,4 − 2
1,01/√38
= 2,4
Conclusión: Puesto que Z=2,4 Є R.A, aceptamos H0; es decir se
acepta que el dulzor es ligeramente dulce.
c) ACIDEZ
Se parte de la premisa que la media de la acidez de la chicha de jora es de
escala 3 (ácido) con un nivel de confianza del 99%.
86
Datos:
Cuadro Nº 4.14 Escala dimensionada relativa con respecto al Acidez y
número de juicios.
ESCALA
1
2
3
4
5
6
7
DESCRIPCION
NUMERO DE JUICIOS
Ausencia de acidez
1
Ligeramente ácido
19
Ácido
6
Moderadamente ácido
7
Bastante ácido
3
Muy ácido
2
Extremadamente ácido
0
total
38
Solución:
1.
H0 : µ=3 y H1 : µ≠3
2.
α = 0,01
ACIDEZ
NUMERO DE JUICIOS
20
15
10
5
0
1
2
3
4
5
ESCALA
Fig. N° 4.27 Respuesta a la acidez.
3.
Se asume que la muestra tiene una distribución normal.
6
87
𝑥𝑥̅ =
𝑆𝑆𝑥𝑥2 =
∑𝑛𝑛1 𝑥𝑥𝑖𝑖
𝑛𝑛
𝑥𝑥̅ = 2,9
∑𝑛𝑛1(𝑥𝑥𝑖𝑖 − 𝑥𝑥̅ )2
𝑛𝑛
𝑆𝑆𝑥𝑥2 = 1,58
Debido a que n es mayor a 30, entonces:
𝑥𝑥̅ es 𝑁𝑁(3;
4.
5.
6.
𝜎𝜎𝑥𝑥2 ≈ 𝑆𝑆𝑥𝑥2
1,58
38
)
𝑥𝑥̅ −𝜇𝜇
Luego 𝑍𝑍 = 𝜎𝜎⁄
√𝑛𝑛
es N(0;1)
Región Crítica: 𝑍𝑍 < −𝑧𝑧𝛼𝛼⁄2 = 2,58 y 𝑍𝑍 < 𝑧𝑧𝛼𝛼⁄2 = 2,58 o
𝑅𝑅. 𝐴𝐴 = < −2,58; 2,58 >
Cálculo de 𝑥𝑥̅ . De los datos 𝑥𝑥̅ = 2,9 , y 𝜎𝜎 2 = 1,58 , luego
𝑍𝑍 =
𝑥𝑥̅ − 𝜇𝜇
𝜎𝜎⁄√𝑛𝑛
=
2,9 − 3
1,25/√38
= −0,26
Conclusión: Puesto que Z=-0,26 Є R.A, aceptamos H0; es decir se
acepta que la acidez de la chicha de jora es ácido.
PERFIL SENSORIAL DE LA CHICHA DE JORA
Por las suposiciones anteriormente aceptadas, se realiza el siguiente perfil
sensorial de la muestra de chicha de jora, que lo caracteriza.
Cuadro Nº 4.15 Perfil sensorial de la chicha de jora.
PARAMETRO
DULZOR
TEXTURA
ACIDEZ
ESCALA
2
3
3
DESCRIPCION
Ligeramente Dulce
Ligeramente aguado
Ácido
88
DULZOR
3
2
1
0
ACIDEZ
TEXTURA
Fig. N° 4.28 Perfil sensorial de la chicha de jora.
4.5 TIEMPO DE ANAQUEL
La evaluación microbiológica corresponde a muestras sometidas a 53ºC
por 15 minutos.
Cuadro Nº 4.16 Evaluación microbiológica de las bacterias ácido
lácticas.
Tiempo
1 día
45 días
ufc/mL
0
0
Por los resultados se garantiza como tiempo de anaquel 45 días.
CAPITULO V.- COSTOS DE PROCESAMIENTO A NIVEL
LABORATORIO
COSTOS DIRECTOS DE PRODUCCION
Para calcular el costo de procesamiento se toma como base la elaboración por
lote (15 litros) de chicha de jora, la elaboración se realiza en dos etapas y el
tiempo total es de 9,25 horas, se envasa en botellas de 250mL obteniendo 60
unidades por lote.
Se requiere de 1 persona (mano de obra) para esta labor.
a) MATERIA PRIMA, INSUMOS Y MATERIALES
Cuadro Nº 5.1 Costos de materia prima, insumos y materiales
Maíz
Quínua
Cebada
Trigo resbalado
Habas seca
Chancaca
Azúcar
Canela y clavo
Agua potable
Botellas 250 mL
Tapas
Detergente (Unid. de 160 g)
Unidad
Cantidad
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
Unid
L
Unid
Unid
Unid
1,00
0,25
0,25
0,25
0,25
0,38
1,50
1
0,025
60
60
0,25
Precio Unitario
S/.
3,00
6,80
2,20
2,50
2,60
1,20
2,80
0,50
1,02
0,36
0,05
1,00
Total S/.
Total
S/.
3,00
1,70
0,55
0,63
0,65
0,45
4,20
0,50
0,03
21,33
3,12
0,25
36,40
b) MANO DE OBRA
Para la producción se requiere de una persona. Para la elaboración de este
volumen de producción se necesita 9,25 horas de trabajo en dos etapas, el
costo hora hombre es de 3,38 S./H-h.
90
Cuadro Nº 5.2 Costo mano de obra
Salario (S/.)
Unitario
Total
(S./H-h)
3,38
31,27
N° de trabajadores
1
c) SERVICIOS
Cuadro Nº 5.3 Costos de servicios
Electricidad
Unidad
Cantidad
kW.h
9,48
3
Agua potable
Gas
0,16
0,04
m
Balon
Precio Unitario
S/.
0,33
Total
S/.
3,09
1,02
30,00
Total S/.
0,16
1,07
4,32
El costo directo de producción con tratamiento térmico es:
Cuadro Nº 5.4 Costos directos de producción
ESPECIFICACIÓN
Costo materia prima, insumos
y materiales
Costo de mano de obra
Costos de servicios
Total S/.
COSTO
S/.
36,40
31,27
4,33
71,99
Para conocer cuál es el costo unitario de producción tenemos que dividir el
costo total de producción entre el número de botellas producidas.
Costo Unitario =
Costo total de producción
Unidades producidas
Costo Unitario =
71,99 soles
60 botellas
91
Costo Unitario = 1,20
soles
botella
El costo unitario de producción de cada botella de chicha de jora con
tratamiento térmico es de S/. 1,20.
De no realizar tratamiento térmico los costos de producción son:
Cuadro Nº 5.5 Costos directos de producción sin tratamiento térmico
ESPECIFICACIÓN
Costo materia prima, insumos
y materiales
Costo de mano de obra
Costos de servicios
Total S/.
COSTO
S/.
36.40
22.82
1.17
60.38
El costo unitario de producción de cada botella de chicha de jora sin
tratamiento térmico es de S/. 1,01.
La diferencia del costo unitario de producir una botella de chicha de jora con
tratamiento térmico es de S/.0,19 nuevos soles con respecto a una sin
tratamiento.
El incremento en el costo se equilibra con las ventajas obtenidas por el
tratamiento térmico, como el aumento del tiempo de anaquel, inocuidad del
producto, oportunidad de expansión en el mercado y mejora de la imagen.
CAPITULO VI.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
1.
Se necesitan dos días de inducción para que las bacterias ácido lácticas
puedan crecer exponencialmente; debido a que al inicio de la fermentación
contienen baja concentración microbiana además de que necesitan tiempo
para adaptarse a su nuevo ambiente.
2.
Agregar habas como parte de los granos adjuntos aumenta la fermentación
en la chicha de jora, debido a que la cistina contenida en las habas y en el
trigo en vez de actuar como inhibidor de la fermentación se comporta
como catalizador a bajas concentraciones.
3.
El tiempo promedio de fermentación de la chicha de jora es de dos
semanas.
4.
La fermentación es más rápida cuando se agrega al mosto un porcentaje de
volumen de una elaboración anterior, especialmente si el porcentaje es
mayor a 10.
5.
El número de reúso consecutivo de las bacterias afecta la fermentación;
para una primera siembra el resultado es óptimo, sin embargo al realizar el
reúso más veces disminuye su rendimiento.
6.
La muerte térmica de las bacterias ácido lácticas en la chicha de jora se
ajusta a una cinética de primer orden.
7.
La constante de muerte térmica para las bacterias ácido lácticas en la
chicha de jora, se correlaciona con la temperatura a través de la siguiente
ecuación de Arrhenius:
𝑘𝑘𝑑𝑑 = 2108,32. 𝑒𝑒 −
398,94
𝑇𝑇
min-1.
8.
La termorresistencia (z) de las bacterias ácido lácticas en la chicha de jora
es de 14,2.
9.
El tiempo de muerte térmica (termal death rate) o más conocido como
factor F para el tratamiento térmico de la chicha de jora es de 15 minutos a
53ºC.
93
10. La ecuación de penetración de calor para el calentamiento en la chicha de
jora en envases de vidrio de 200 mL en una autoclave de 40 litros es:
log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇) = log[1,18. (𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇0 )] +
𝑡𝑡
31
11. La curva de enfriamiento de la chicha de jora en envases de vidrio de 200
mL usando agua es:
log(𝑇𝑇 − 𝑇𝑇2 ) = log[0,96(𝑇𝑇𝐵𝐵 − 𝑇𝑇2 )] +
𝑡𝑡
10,68
12. Al aplicar tratamiento térmico a la chicha de jora su costo unitario es de
S/1,20 por botella, aumenta el costo en 19% con respecto a una sin
tratamiento.
13. El aumento del costo en S/0.19 por realizar tratamientos térmicos a la
chicha de jora se equilibra con las ventajas en el aumento del tiempo de
anaquel, inocuidad del producto, oportunidad de expansión en el mercado
y mejora de la imagen.
14. El tiempo de anaquel es de 45 días.
CAPITULO VII.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
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teoría y la práctica; Zaragoza; Editorial Acribia S.A.
Burger, Richard; 1998; Excavaciones en Chavín de Huantar; Lima; Fondo
Editorial de la Pontificia Universidad católica del Perú.
Carrera, Eduardo; 2005; Tesis: Desarrollo Tecnológico para la elaboración
de néctar de papaya (carica papaya); Lima; Universidad Nacional de
Ingeniería.
Fellows, P.; 2000; Food Processing Tecnology: Principles and Practice;
Cambridge; Woodhead Published Limited.
Heldman, Dennis; 2007; Handbook of Food Engineering; New York; CRC
PRESS-Taylor and Francis Group.
Horst, Goldhahn; 2001; Fundamentos de tecnología de los alimentos;
Zaragoza; Editorial Acribia S.A.
Hough, J.S.; 1990; Biotecnología de la cerveza y de la malta; Zaragoza;
Editorial Acribia S.A.
Kauffmann, Federico; 2002; Historia y Arte del Perú Antiguo; Lima;
Ediciones PEISA.
Levenspiel, Octave; 2004; Ingeniería de las reacciones químicas; México
D.F; Editorial Limusa S.A.
Moya, Rufino; 1998; Probabilidad e inferencia estadística; Lima; Editorial
San Marcos.
Sancho, J.; 1999; Introducción al análisis de alimentos; Barcelona;
Edicions de la Universitat de Barcelona.
Sharma, Shri K.; 2003; Ingeniería de Alimentos - Operaciones unitarias y
prácticas de laboratorio; México D.F; Editorial Limusa S.A.
Ulrich, Gael; 1993; Diseño y economía de los procesos de Ingeniería
Química; México D.F; Editorial Mc Graw Hill Interamericana.
Ureña, Milber; 1999; Evaluación de los alimentos; Lima; Editorial
Agraria-Universidad Nacional Agraria La molina.
Velásquez, Mario; 1982; Tesis: Determinación de los parámetros para la
elaboración de jora, a partir del maíz Cancha de Huaraz; Lima;
Universidad Agraria La Molina.
95
APENDICE 1
METODO DE ANALISIS MICROBIOLOGICO PARA EVALUAR LAS
BACTERIAS ACIDO LACTICAS DE LA CHICHA DE JORA
Objetivo
Obtener el recuento de bacterias ácido lácticas presentes en 1 mL de chicha de
jora; usando las placas petrifilm para el recuento de aerobios en combinación
del caldo MRS (Método 3M).
Materiales
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Autoclave (Acero inoxidable, capacidad: 40 L, presion: 40 Psi).
Placas petrifilm.
Pipeta 10 mL.
Pipeta de 1 mL.
Balanza analitica.
Botella para autoclave de 1L.
Alcohol.
Papel Kraft.
Incubadora.
Horno microondas.
Difusor de 20 cm.
Caldo MRS*.
Agua destilada.
Tubos de ensayo.
Gradilla (porta tubos de ensayo).
Espatula.
Procedimiento
a) Preparacion del caldo MRS: preparar el caldo MRS en la botella de
autoclave previamente esterelizada en una concentracion de 55 gramos
de MRS por litro de agua, luego someterlo a una temperatura de 120°C
por 15 minutos dentro del autoclave.
b) Preparación de la muestra: preparar una dilusion de 1:9 de la muestra
(chicha de jora) con el caldo MRS respectivamente.
96
c) Inoculacion: tomar 1 mL de la muestra b) e inocular en la placa
petrifilm.
d) Rotulado de placas: colocar la fecha en la parte superior izquierda;
seguidamente, colocar la temperatura y el tiempo de tratamiento en la
parte superior derecha de la placa y en la parte inferior derecha colocar
el factor 10 elevado al número de diluciones (d) de la siguiente manera
(10d).
Figura Nº A.1 Placa petrifilm rotulada
e) Incubacion: Incube las placas petrifilm en una incubadora a una
temperatura de 33°C por 48 horas (coloque las placas petrifilm con cara
arriba).
Nota: Si se necesitan diluciones múltiples, sólo se requiere usar caldo MRS
como diluyente; es decir agregar 1 mL de la muestra anteriormente diluida a 9
mL de caldo MRS.
INTERPRETACION DE RESULTADOS
1. Contar el número de colonias presentes en la placa petrifilm (Y ufc);
tener en cuenta que las colonias son de color rojo a café rojizo, y
pueden o no estar asociadas a burbujas de gas.
2. Al número de colonias multiplicar por el factor que se encuentra en la
parte inferior derecha de la placa (X=Y.10d).
97
3. El valor obtenido significa X ufc/mL de chicha de jora.
ufc: unidades formadas de colonias
*Caldo MRS: Fué desarrollado por Man, Rogosa y Sharpe para proveer un
medio que pueda evidenciar un buen crecimiento de lactobacilos y de otras
bacterias ácido lácticas.
Cuadro Nº A.1 Fórmula para la elaboración del caldo MRS.
Ingredientes
Proteosa peptona Nº 3
Extracto de carne
Extracto de levadura
Glucosa
Monoleato de sorbitán
Fosfato dipotásico
Acetato de sodio
Citrato de amonio
Sulfato de magnesio
Sulfato de manganeso
pH final: 6,4 ± 0,2
g/L
10,0
8,0
4,0
20,0
1 mL
2,0
5,0
2,0
0,2
0,05
98
APENDICE 2
EVALUACION SENSORIAL DE LA CHICHA DE JORA
Fecha: ______________________
Panelista:
__________________________________________________________
Edad: _______________________
Sexo: _______________________
1.¿El color de la bebida se asocia a la chicha de jora?
Si
No
2.¿Identifica usted el aroma a chicha de jora?
Si
No
3.¿Cómo considera la textura de la chicha de jora?
1 Muy aguado………….………
2 Moderadamente aguado……
3 Ligeramente aguado…………
4 Ni aguado ni espeso…………
5 Ligeramente espeso………..
6 Moderadamente espeso……
7 Muy espeso…………………
99
4.¿Cómo considera el dulzor de la chicha de jora?
1 Ausencia de dulce...……….
2 Ligeramente dulce…………
3 Dulce……………………..…
4 Moderadamente dulce………
5 Bastante dulce……….…….
6 Muy dulce………………….
7 Extremadamente dulce…….
5.¿Cómo considera la acidez de la chicha de jora?
1 Ausencia de acidez...………
2 Ligeramente ácido………..…
3 Acido……………………..…
4 Moderadamente ácido………
5 Bastante ácido……….………
6 Muy ácido………………….
7 Extremadamente ácido………
6.¿Cómo considera el sabor de la chicha de jora?
Aceptable
No aceptable
COMENTARIOS
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
100
CARTILLA DE INSTRUCCIONES
Evaluación Sensorial
Textura:
Observar apariencia, viscosidad, existencia de partículas dispersas y grumos.
Aroma:
Es la sensación causada por la percepción de sustancias olorosas de un
alimento que es puesto en la boca.
Sabor:
El sabor resulta de la combinación de cuatro propiedades olor, aroma, gusto y
textura.
Lea atentamente las siguientes instrucciones:
•
No hacer comentarios en el momento de la evaluación sensorial.
•
Al contestar marque con (x) en el recuadro que usted considere
adecuado.
•
Para responder la pregunta 1, coja el vaso y observe.
•
Para responder las preguntas restantes colocar la muestra en la boca (sin
beber) de modo que permanezca unos instantes en la lengua, luego
puede beberla.
101
APENDICE 3
PRUEBAS DE COMPARACION ENTRE LA TEMPERATURA REAL
VERSUS LA TEMPERATURA ESTIMADA PARA LA CHICHA DE
JORA.
a)
Materiales:
•
•
•
Autoclave (Acero inoxidable, capacidad: 40 L, presion: 40 Psi).
Termómetro Digital.
6 muestras en botellas de vidrio esterilizadas de 200 mL de chicha de
jora del experimento C.
b)
Procedimiento:
•
Tomar una de las muestras e instalar dentro de ella el termómetro
digital, asegurar que el sensor llegue a la zona fría de la muestra.
Introducir todas las muestras a la autoclave y asegurar que estén bien
selladas.
Encender la autoclave y registrar cada minuto la temperatura interna
de las muestras con el termómetro digital, la temperatura de la
autoclave.
Una vez alcanzada la temperatura de la autoclave a 60°C apagar la
autoclave y proceder a mantener dicha temperatura constante en el
tiempo con una variación máxima de ±0.5ºC, hasta que la
temperatura interna de la muestra alcance los 55°C.
Proceder a retirar las muestras y enfriar en agua a temperatura
ambiente.
Registrar las temperaturas internas cada minuto en el proceso de
enfriamiento.
•
•
•
•
•
102
Cuadro Nº A.2 Datos obtenidos para la prueba de comparación de penetración
de calor entre datos reales y los estimados por las ecuaciones obtenidas.
TIEMPO
(min)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
TEMPERATURA TEMPERATURA
AUTOCLAVE
ALIMENTO
T (ºC)
TR (ºC)
40,0
29,0
45,0
29,7
48,0
30,8
50,0
32,0
54,0
33,4
57,0
35,0
60,0
36,9
62,0
38,9
65,0
41,1
67,0
43,8
70,0
46,6
70,0
50,0
28,8
48,1
28,8
44,8
28,8
41,3
28,8
38,5
28,8
36,5
28,8
34,6
28,8
33,4
28,8
32,5
28,8
31,3
28,8
30,7
28,8
30,5
28,8
30,2
103
Cuadro Nº A.3 Cálculo de la velocidad de muerte (L) y Tiempo de muerte
térmica (factor F) para la temperatura real.
TIEMPO
(min)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
TEMPERATURA VELOCIDAD
ALIMENTO
LETAL
T (ºC)
L
29,0
0,0204
29,7
0,0229
30,8
0,0273
32,0
0,0332
33,4
0,0417
35,0
0,0540
36,9
0,0735
38,9
0,1016
41,1
0,1452
43,8
0,2250
46,6
0,3542
50,0
0,6148
48,1
0,4518
44,8
0,2646
41,3
0,1500
38,5
0,0953
36,5
0,0689
34,6
0,0506
33,4
0,0417
32,5
0,0360
31,3
0,0296
30,7
0,0269
30,5
0,0260
30,2
0,0248
F
(min)
0,000
0,022
0,047
0,077
0,114
0,162
0,226
0,314
0,437
0,622
0,912
1,396
1,929
2,288
2,495
2,618
2,700
2,759
2,805
2,844
2,877
2,905
2,932
2,957
Para el cálculo de la curva de calentamiento ideal se usa la siguiente fórmula:
log(𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇) = log[1.18. (𝑇𝑇1 − 𝑇𝑇0 )] +
𝑡𝑡
31
Para el cálculo de la curva de enfriamiento ideal se usa la siguiente fórmula:
log(𝑇𝑇 − 𝑇𝑇2 ) = log[0.96(𝑇𝑇𝐵𝐵 − 𝑇𝑇2 )] +
T0: Temperatura inicial del producto.
𝑡𝑡
10,68
104
T1: Temperatura del medio de calentamiento o temperatura de procesamiento.
T2: Temperatura del medio de enfriamiento.
Cuadro Nº A.4 Cálculo de la velocidad de muerte (L) y Tiempo de muerte
térmica (factor F) para la temperatura estimado por las ecuaciones de
penetración de calor.
TIEMPO
(min)
TEMPERATURA
IDEAL DEL
ALIMENTO
TIDEAL (ºC)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
21,62
25,08
28,30
31,28
34,06
36,63
39,02
41,24
43,29
45,21
46,98
48,63
47,84
44,14
41,17
38,77
36,84
35,28
34,02
33,01
32,19
31,53
31,00
30,58
VELOCIDAD
LETAL
L
0,0062
0,0108
0,0182
0,0295
0,0464
0,0703
0,1036
0,1485
0,2071
0,2828
0,3768
0,4923
0,4331
0,2377
0,1469
0,0995
0,0728
0,0565
0,0461
0,0391
0,0342
0,0308
0,0282
0,0264
F
(min)
0,000
0,008
0,023
0,047
0,085
0,143
0,230
0,356
0,534
0,779
1,109
1,543
2,006
2,341
2,534
2,657
2,743
2,808
2,859
2,902
2,938
2,971
3,000
3,028
105
80
70
60
50
ºC 40
30
20
10
0
0
5
10
15
20
25
TIEMPO (minutos)
TEMP AUTOCLAVE
T REAL
T IDEAL
Fig. Nº A.2 Curvas comparativas entre la temperatura real versus la
temperatura estimado para la chicha de jora
Fig. Nº A.3 Curvas comparativas entre el tiempo de muerte térmica real
versus la muerte térmica estimado para la chicha de jora
Se observa que los resultados son muy parecidos y la diferencia entre los F
es menos de 0,2 minutos.
106
APENDICE 4
CONTROL DE TRATAMIENTO TERMICO MEDIANTE GRAFICOS
OBTENIDOS POR SIMULACIÓN.
Con las ecuaciones obtenidas se realiza las siguientes simulaciones,
obteniéndose:
SIMULACION 1:
Para la estimación del tiempo mínimo de residencia de las muestras de chicha
de jora (200 mL) en la autoclave, debe cumplir las siguientes consideraciones:
•
•
•
•
F mayor a 15 minutos.
Temperatura inicial de la chicha de jora de 200 mL a 10, 15, 20, 25, 30 y
35ºC.
Temperatura del medio de enfriamiento (agua) a 25ºC.
Temperatura en el autoclave de 50 a 100ºC.
60
55
TIEMPO EN EL AUTOCLAVE
(minutos)
50
45
40
35
30
25
20
15
10
50
55
60
65
70
75
80
85
TEMPERATURA EN EL AUTOCLAVE
ºC
Temperatura inical de la chicha de jora (ºC)
10
15
20
25
30
35
Fig. Nº A.4 Resultados de la simulación 1
90
95
100
107
PROCEDIMIENTO DE EMPLEO DEL GRAFICO DE SIMULACION 1
•
•
•
En la Fig. Nº A.4 ubicar en el eje de las abscisas el valor de la temperatura
de procesamiento de la autoclave (suponer 75ºC).
Trazar una línea vertical hasta alcanzar la curva de la temperatura inicial
de la chicha de jora (suponer 20ºC).
Finalmente trazar una línea horizontal hacia el eje de ordenadas; el valor
por el cual cruza la línea es el tiempo mínimo de residencia que debe
permanecer la muestra en la autoclave para luego enfriar con agua a 25ºC,
para el ejemplo es de 20 minutos.
SIMULACION 2:
Para la estimación del tiempo mínimo de residencia de las muestras de chicha
de jora (200 mL) en la autoclave, debe cumplir las siguientes consideraciones:
•
•
•
•
F mayor a 15 minutos.
Temperatura inicial de la chicha de jora de 200 mL a 25ºC.
Temperatura del medio de enfriamiento (agua) a 10, 15, 20, 25 y 30ºC.
Temperatura en el autoclave de 50 a 100ºC.
PROCEDIMIENTO DE EMPLEO DEL GRAFICO DE SIMULACION 2
•
•
•
En la Fig. Nº A.5 ubicar en el eje de las abscisas el valor de la temperatura
de procesamiento de la autoclave (suponer 75ºC).
Trazar una línea vertical hasta alcanzar la curva de la temperatura del agua
de enfriamiento (suponer 30ºC).
Finalmente trazar una línea horizontal hacia el eje de ordenadas; el valor
por el cual cruza la línea es el tiempo mínimo de residencia que debe
permanecer la muestra en la autoclave para luego enfriar con agua, para el
ejemplo es 19 minutos.
108
50
TIEMPO EN EL AUTOCLAVE
(minutos)
45
40
35
30
25
20
15
10
50
55
60
65
70
75
80
85
90
TEMPERATURA EN EL AUTOCLAVE
ºC
Temperatura del agua de enfriamiento (ºC)
10
15
20
25
30
Fig. Nº A.5 Resultados de la simulación 2.
95
100